Thiết kế kỹ thuật mô hình hệ thống phun xăng đa điểm karman

 Luận văn tốt nghiệp



-Trang 1-

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

Việc thực hiện đề tài này, mục đích đầu tiên của người thực hiện là nhằm hoàn
thành tốt đợt thực tâïp cuối khóa trước khi ra trường. Tuy vậy, được sự chỉ đạo của
thầy giáo hướng dẫn, tôi được biết là đề tài này được dùng cho việc thực tập cho
các sinh viên khóa sau. Với luận văn này, người thực hiện không có tham vọng đi
sâu vào tất cả những vấn đề của nó vì đề tài rất rộng và có nhiều vấn đề vượt quá
khả năng hiện có của tôi. Vì vậy, tôi mong rằng những vấn đề trong luận văn có
thể cung cấp cho các sinh viên khóa sau những kiến thức cơ bản về lý thuyết. Nó là
cơ sở để có thể dựa vào đó mà chế tạo ra một mô hình thực tế. Tôi rất vui mừng
nếu có thể đóng góp một phần nhỏ bé công sức cho Bộ môn Động lực qua việc
thực hiện luận văn này.
1.2 GIỚI HẠN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trong khuôn khổ của luận văn, việc làm nổi bậc những vấn đề cơ bản về phun
xăng điện tử là sợi chỉ xuyên suốt, qua việc làm rõ một số nội dung quan trọng có
liên quan đến đề tài. Từ quá trình nguyên cứu một số mô hình thực tế của các
trường khác, cộng với một số tài liệu tìm được và kiến thức hiện có, hy vọng có thể
gợi mở một số vấn đề mới tạo điều kiện cho việc áp dụng thực tế sau này.
1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI

1.3.1 EFI là gì
Chữ EFI ở phía sau thân của các ôtô đời mới và trên động cơ là chữ viết tắt của

Electronic Fuel Injection, có nghóa là hệ thống điều khiển bằng điện tử. Hệ thống
này cung cấp hỗn hợp khí cho động cơ một cách hoàn hảo. Tuy nhiên, tuỳ theo chế
đôï làm việc của ôtô, EFI thay đổi tỷ lệ khí – nhiên liệu để luôn 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 lại được cung cấp hỗn hợp khí
giàu xăng trở lại.
Ôtô sử dụng một trong hai thiết bị hay hệ thống để cung cấp hỗn hợp khí –
nhiên liệu với một tỷ lệ chính xác đến các xylanh của động cơ tại tất cả các dải tốc
độ; một bộ chế hòa khí hay hệ thống EFI (phun xăng điện tử). Cả hai hệ thống đo
lượng khí nạp mà thay đổi theo góc mở của bướm ga và tốc độ động cơ, đều cung
cấp một tỷ lệ nhiên liệu và không khí thích hợp đến các xylanh phụ thuộc vào
lượng khí nạp.

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương


 Luận văn tốt nghiệp



-Trang 2-

Do kết cấu của chế hoà khí khá đơn giản, nó đã được sử dụng trên hầu hết các
động cơ xăng trước đây. Mặc dù vậy, để đáp ứng các nhu cầu hiện nay về khí xả
sạch hơn, tiêu hao nhiên liệu kinh tế hơn, cải thiện khả năng tải..., 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 chế hòa khí, đảm bảo tỉ lệ khí
– nhiên liệu thích hợp cho động cơ bằng việc phun nhiên liệu điều khiển điện tử
theo các chế độ lái xe khác nhau.

Hình 1.1 Hệâ thống EFI điển hình.

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương


 Luận văn tốt nghiệp

-Trang 3-



1.3.2 Lịch sử phát triển
Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Mỹ - ông Stevan – đã nghó 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 tónh 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 công 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 ht ế hệ sau nhö: KE - Jetronic, Mono - Jetronic, L Jetronic, Motronic...

Do hệ thống phun xăng cơ khí còn 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 hòa khí của xe Nissan Sunny.
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 không 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 đoán và dự phòng. Hai hệ
thống này có thể được phân loại như sau:

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương

 Luận văn tốt nghiệp



-Trang 4-

Hình 1.2 Sơ đồ phân loại hệ thống phun xăng điện tử.
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 lónh vực điều
khiển và độ chính xác.
1.3.3 Phân loại
Hệ thống phun nhiên liệu có thể được phân loại theo nhiều kiểu.
Nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun, ta có 2 loại:
1.3.3.1 Loại CIS ( Continuous Injection System)
Đây là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, gồm 4 loại cơ bản:

Hệ thống K – Jectronic: việc phun nhiên liệu được điều khiển hoàn
toàn bằng cơ khí.

Hệ thống K – Jectronic có cảm biến khí thải: có thêm cảm biến oxy.

Hệ thống KE – Jectronic: hệ thống K – Jectronic với mạch điều chỉnh
áp lực phun bằng điện tử .

Hệ thống KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng
điện tử.

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương

 Luận văn tốt nghiệp



-Trang 5-

1.3.3.2 Loại AFC ( Air flow Controlled Fuel Injection)
Đây là kiểu sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Hệ thống phun xăng với
kim phun điện có thể chia làm 2 loại chính:
D – Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất): với
lượng xăng phun được xác định bởi áp xuất sau cánh bướm ga bằng cảm
biến MAP (manifold absolute pressure sensor).
L – Jectronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức nghóa là không
khí): với lượng xăng phun được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp lấy
từ cảm biến đo gió dây nhiệt, LU – Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu
âm...
Trong loại này nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng
AFC được chia làm 2 loại:
Loại TBI (throttle body injection) – phun đơn điểm.
Loại MPI (multi point fuel injection) – phun đa điểm.

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương


 Luận văn tốt nghiệp

-Trang 6-

CHƯƠNG 2
HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG

Quá trình tạo hỗn hợp cháy được coi là có chất lượng cao khi nó thoả mãn được
những yêu cầu sau:
- Nhiên liệu phải được hòa trộn đều với toàn bộ lượng khí có trong buồng
cháy, hay nói cách khác: hỗn hợp cháy phải đồng đều.
Thành phần hỗn hợp cháy phải phù hợp với chế độ làm việc của động
cơ.
- Hỗn hợp cháy phải được phân bố đồng đều cho các xylanh của động cơ
nhiều xylanh.
2.1.1 Tỷ lệ nhiên liệu – không khí
Hệ thống nhiên liệu trên động cơ xăng có chức năng làm thay đổi tỷ lệ nhiên
liệu – không khí; để có được tỷ lệ hỗn hợp khí tối ưu cho mọi chế độ làm việc khác
nhau của động cơ. Thông thường một gam nhiên liệu hòa lẫn với 15 gam không
khí, ta có tỷ lệ 1/15. Hỗn hợp khí với tỷ lệ 1/13 gọi là giàu nhiên liệu và 1/17 gọi là
nghèo nhiên liệu (1/17<1/15<1/13).
Hình 2.1 cho ta thấy đường biểu diễn thành phần hỗn hợp khí cung cấp cho
động cơ trong các chế độ làm việc khác nhau. Lúc khởi động trời lạnh, tỷ lệ hỗn
hợp khí là 1/9, trong chế độ chạy cầm chừng 1/12, ở vận tốc trung bình hỗn hợp khí
nghèo nhiên liệu hơn vào khoảng 1/15. Lúc lái xe tăng tốc, tỷ lệ hỗn hợp khí được
thể hiện bằng các đường cong đứt quãng, khi mở lớn tối đa bướm ga hỗn hợp khí
cũng được thêm xăng. Việc thay đổi tỷ lệ hỗn hợp khí nhằm mục đích luôn luôn
nạp đủ nhiên liệu vào xylanh.

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương


 Luận văn tốt nghiệp

-Trang 7-



Hình 2.1 Đường biểu diễn thành phần hỗn hợp khí cung cấp
cho động cơ ở nhiều chế độ tải khác nhau.
2.1.2 Tỷ lệ hỗn hợp khí lý tưởng
Tỷ lệ hỗn hợp khí lý tưởng 1/14,7 được giới thiệu ở hình 2.2 gọi là lý tưởng bởi
vì lượng oxy trong không khí của hỗn hợp khí này hoàn toàn thích ứng với lượng
hydro trong nhiên liệu giúp cho quá trình cháy của hỗn hợp khí được hoàn chỉnh
nhất. Sẽ xảy ra trình trạng nhiều nhiên liệu đối với hỗn hợp khí có tỷ lệ 1/14, cũng
như quá trình dư thừa oxy đối với hỗn hợp có tỷ lệ 1/16.
Nhằm làm giảm trình trạng ô nhiễm môi trường, ôtô thế hệ mới được trang bị
bầu hóa khử (catalytic converter). Để bộ này có thể hoạt động được tốt, đòi hỏi
phải duy trì tỷ lệ hỗn hợp khí ở mức lý tưởng 1/14,7.
2.1.3 Hệ số dư lượng không khí
Để chỉ rõ mức độ sai biệt giữa tỷ lệ nhiên liệu – không khí cung cấp thực tế
cho động cơ so với tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng (1/14,7) người ta chọn hệ số dư lượng .
 = Lựợng không khí nạp/Lượng không khí yêu cầu lý tưởng.

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương


 Luận văn tốt nghiệp

-Trang 8-



Hình 2.2 Ngưỡng cửa của tỷ lệ nhiên liệu - không khí cần phải duy trì nhằm
giúp bộ xúc tác hoá khử ba chức năng hoạt động tốt.

Hình 2.3 giới thiệu đồ thị về ảnh hưởng của hệ số dư không khí  đối với công
suất P và suất tiêu hao nhiên liệu ge. Ta tìm hiểu ảnh hưởng này như sau:

Hình 2.3 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí  đối với

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương


 Luận văn tốt nghiệp

-Trang 9-



công suất P và đối với suất tiêu hao nhiên liệu ge.
 =1

  <1
  >1

  > 1,3

Lượng không khí nạp bằng lượng không khí yêu cầu lý tưởng.
Thiếu không khí nạp hay hỗn hợp khí giàu nhiên liệu. Công
suất động cơ tăng,  trong khoảng 0,85 – 0,95.
Dư không khí nạp hay hỗn hợp khí nghèo nhiên liệu. Công suất
động cơ giảm,  trong khoảng 1,05 – 1,30, đồng thời suất tiêu
hao nhiên liệu cũng giảm.
Hỗn hợp quá nghèo nhiên liệu, không thể tiếp tục cháy được.

  = 0,95 – 0,85 Hỗn hợp cháy tốt, phát huy hết công suất tối đa cho
động cơ. Lượng không khí thiếu so với lý tưởng khoảng
5% - 15%.
  = 1,1 – 1,2
Suất tiêu hao nhiên liệu bé tối đa. Dư lượng không khí
khoảng 20%.
 =1
Hệ số dư không khí này sẽ cho một tỷ lệ hỗn hợp khí lý
tưởng và cho phép động cơ vận hành ổn định ở chế độ
chạy cầm chừng.
  = 0,85 – 1,75 Thiếu khoảng 15% - 20% không khí. Động cơ nổ chuyển
tiếp tốt. Chuyển tiếp có nghóa là thay đổi từ chế độ làm
việc này sang chế độ làm việc khác.
2.1.4 Tính đồng nhất của hỗn hợp cháy
Hỗn hợp cháy được gọi là đồng nhất khi nó có thành phần như nhau tại mọi
khu vực trong buồng cháy. Để được trạng thái này, nhiên liệu phải bốc hơi hoàn
toàn và hoà trộn đều với lượng khí trong xylanh.

Mức độ đồng nhất của hỗn hợp cháy có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất,
công suất và hàm lượng các chất độc hại trong khí xả. 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. Nói cách khác, độ đồng nhất càng lớn thì động cơ có
thể làm việc với hỗn hợp cháy có hệ số dự lượng không khí càng nhỏ mà vẫn đảm
bảo yêu cầu đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu. 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 giảm hiệu suất nhiệt của động cơ và làm
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 dung tích
công tác của xylanh.

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương


 Luận văn tốt nghiệp

-Trang 10-



Độ đồng nhất của hỗn hợp cháy được quyết định bởi các yếu tố: tính chất vật
lý của nhiên liệu (tính hoá hơi, sức căng bề mặt, độ nhớt), nhiệt độ không khí và
của bề mặt tiếp xúc với hỗn hợp cháy (vách đường ống nạp, đỉnh pittông, thành
xylanh), chuyển động rối của khí trong đường ống nạp và trong xylanh...
Các biện pháp để nâng cao tính đồng nhất của hỗn hợp cháy thường được sử
dung là:

- Sấy nóng đường nạp để xăng hoá hơi nhanh.
- Phun xăng thành những hạt có kích thước nhỏ.
- Tạo ra vận động rối của môi chất công tác trong đường ống nạp và xylanh
bằng cách thiết kế đường ống nạp, buồng cháy có kích thước, cấu tạo hợp lý.
2.1.5 Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cháy đến công suất (Ne ) và suất tiêu
hao nhiên liệu (ge ) của động cơ
Hình 2.4 giới thiệu dạng điển hình của đường Ne và ge theo đặc tính điều chỉnh
hỗn hợp cháy của động cơ xăng, tức là đường cong thể hiện đặc điểm biến thiên
của Ne và ge theo  khi động cơ chạy ở tốc độ quay không đổi trong điều kiện giữ
nguyên vị trí bướm ga.
Theo đặc tính điều chỉnh hỗn hợp cháy của động cơ xăng, Ne giảm dần theo
chiều tăng của  do tốc độ cấp nhiệt giảm. Khi hỗn hợp cháy được làm đậm dần,
công suất của động cơ sẽ tăng và đạt trị số cực đại ứng với  = N , tại đó lượng
nhiên liệu được tăng thêm do giảm  cân bằng với lượng nhiên liệu cháy không
hoàn toàn do thiếu oxy. Nếu tiếp tục làm đậm hỗn hợp cháy, công suất của động cơ
giảm do chất lượng quá trình cháy bị ảnh hưởng, nhiên liệu cháy không hoàn toàn.
Về phương diện hiệu quả biến đổi năng lượng, ge sẽ giảm mạnh theo chiều
tăng của  trong phạm vi  < 1 do lượng nhiên liệu cháy không hoàn toàn giảm. Trị
số của hệ số dư lượng không khí ứng với suất tiêu hao nhiên liệu cực tiểu (g) tuỳ
thuộc vào nhiều yếu tố như: tải, tốc độ quay, giới hạn loãng có ích... Nếu tiếp tục
làm loãng hỗn hợp cháy ( > g), suất tiêu thụ nhiên liệu sẽ tăng do tốc độ cháy
giảm, quá trình cháy không ổn định.

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương


 Luận văn tốt nghiệp

-Trang 11-



Hình 2.4 Ảnh hưởng của  đến Ne và ge của động cơ xăng.
2.1.6 Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cháy tới hiệu suất của động cơ
Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cháy tới hiệu suất của động cơ xăng được
thể hiện trên hình 2.5. Đường nét đứt biểu diễn đặc điểm biến thiên của hiệu suất
lý thuyết (t ) theo ; t sẽ giảm nhanh khi  giảm trong khu vực   1 do phần
nhiên liệu cháy không hoàn toàn tăng. Ở khu vực   1, nhiên liệu cháy hoàn toàn
và nhiệt lượng chu trình là không đổi (Q = Const).
Mặc khác, theo chiều tăng của  trong vùng   1, nhiệt dung riêng của môi
chất công tác sẽ giảm vì cả lượng nhiệt của chu trình ứng với một đợn vị số lượng
khí mới, nhiệt độ của môi chất công tác trong quá trình cháy và giãn nở, hàm lượng
tương đối của các khí nhiều nguyên tử (CO2, H2O) đều giảm. Kết quả là hệ số đoạn
nhiệt (K) sẽ tăng đôi chút và làm cho hiệu suất lý thuyết tăng nhẹ theo chiều tăng
của .
Ở động cơ thực tế, hiệu suất chỉ thị (t) cũng sẽ tăng khi hỗn hợp cháy được
làm loãng dần do hiệu suất lý thuyết tăng (I = t. t - i). Tuy nhiên, khác với hiệu
suất lý thuyết, hiệu suất chỉ thị chỉ tăng đến một giá trị nhất định, tại đó quá trình
cháy nhiên liệu vẫn diễn ra bình thường. Khi hỗn hợp cháy quá loãng, quá trình
cháy nhiên liệu sẽ diễn ra chậm và không ổn định, có thể có hiện tượng “bỏ lửa”,
tất cả những yếu tố đó đều góp phần làm giảm hiệu suất chỉ thị của động cơ. Thành
phần hỗn hợp cháy ứng với giá trị cực đại của hiệu suất chỉ thị được gọi là giới hạn
làm loãng có ích e. Giá trị của e phụ thuộc vào nhiều yếu tố cấu tạo và vận hành
như sau: loại buồng đốt, số lượng bugi, năng lượng của tia lửa điện, nhiệt độ và áp
suất tại thời điểm đốt cháy nhiên liệu, ...

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương


 Luận văn tốt nghiệp

-Trang 12-



1 - Với tải bộ phận, 2 -Với 100% tải, 3 -Với 2 bugi cho mỗi xilanh,
4 - Với khí mới phân lớp, 5 - Với buồng đốt trước.
Hình 2.5 Ảnh hưởng của  đến t và I.
Ở những động cơ hiện nay, e dao động trong khoảng (1,05 – 1,2) ở chế độ
toàn tải (bướm ga mở hoàn toàn). Trị số e sẽ giảm dần khi điều kiện cho nhiên
liệu bốc cháy ít thuận lợi hơn, ví dụ: giảm tải, nhiệt độ tại thời điểm đánh lửa
giảm...
Nâng cao giá trị của e, nói cách khác đảm bảo cho nhiên liệu cháy ổn định
với hỗn hợp cháy loãng hơn đã và đang là vấn đề được các chuyên gia trong lónh
vực động cơ đốt trong quan tâm không chỉ nhằm mục đích tăng hiệu suất mà còn có
tác dụng giảm độ độc hại của khí thải. Một trong những giải pháp cho vấn đề nói
trên là sử dụng nhiều bugi đánh lửa đồng thời.
2.1.7 Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cháy đến độ độc hại của khí thải
Thành phần hỗn hợp cháy cũng ảnh hưởng rõ rệt đến độ độc hại của khí thải.
Hình 2.6 giới thiệu ảnh hưởng của hỗn hợp cháy đến nồng độ một số thành phần
độc hại trong khí thải của động cơ xăng.

Hình 2.6 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí  đối với thành phần
hơi độc trong khí thải ôtô.

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương


 Luận văn tốt nghiệp

-Trang 13-



Qua đồ thị ta thấy khi động cơ phải làm việc với hỗn hợp đậm (lúc đó   1),
trong trường hợp này do thiếu oxy nên sinh ra nhiều khí độc như hro cacbon (HC)
do nhiên liệu cháy không hết và cacbon monoxit (CO) do nhiên liệu cháy không
hoàn toàn. Ngược lại, nếu hỗn hợp khí nhiều xăng sẽ sinh ra khí độc oxit nitrogen
(NOx). Hàm lượng NOx trong khí thải có giá trị cực đại khi  = (1,05 – 1,1). Khi
nhiên liệu loãng được đốt cháy hoàn toàn (  1) sản phẩm cháy sẽ gồm: CO2,
H2O, O2 còn thừa và N2 của không khí.
2.1.8 Sự phân bố hỗn hợp cháy giữa các xylanh
Thực trạng cho thấy rằng thành phần hoà khí cung cấp cho từng xylanh riêng
biệt không giống hệt nhau cả về chất và lượng. Nguyên nhân chính là do khi nhiên
liệu chuyển động dọc theo đường ống nạp, thì có một màng mỏng nhiên liệu được
tạo thành dọc theo vách ống ở một tỷ lệ thấp so với lượng hỗn hợp cháy ở dạng hơi.
Điều đó dẫn đến kết quả mỗi xylanh riêng biệt nhận được một lượng nhiên liệu
không giống nhau về lượng cũng như về chất. Thực nghiệm cũng chỉ ra thành phần
hoà khí không đồng đều theo từng lượng nhỏ riêng biệt về thành phần chống kích
nổ của nhiên liệu.
Sự phân bố không đồng đều hỗn hợp cháy cho các xylanh sẽ dẫn đến những
hậu quả sau đây:
- Giảm công suất danh nghóa và tăng suất tiêu hao nhiên liệu.
- Phụ tải cơ và phụ tải nhiệt không đồng đều ở 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 thải...
- Mức độ khác nhau về số lượng giữa lượng nhiên liệu chu trình ở các
xylanh của cùng một động cơ được đặc trưng bằng đại lượng “độ định
lượng không đồng đều gct”.
Các biện pháp thông thường được sử dụng nhằm hạn chế độ định lượng không
đồng đều ở các 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 nhiên liệu trong đường ống nạp.
- Sử dụng hệ thống phun xăng nhiều điểm.

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương


 Luận văn tốt nghiệp

-Trang 14-



 Kết luận
Qua phân tích trên ta thấy rằng quá trình tạo hỗn hợp cháy ở động cơ xăng có
ảnh hưởng trực tiếp đến hàng loạt các chỉ tiêu công tác của động cơ như: hiệu suất,
công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, độ độc hại khí thải, tính năng khởi động, sự làm
việc ổn định,... Do đó, muốn cho hỗn hợp cháy có chất lượng tốt thì phải đảm bảo
các điều kiện sau:

- Tỷ lệ giữa không khí và nhiên liệu thể hiện qua hệ số dư lượng không khí
phải thích hợp với từng chế độ làm việc của động cơ.
- Nhiên liệu trong hỗn hợp cháy phải giúp cho quá trình cháy tốt nhất, tức
là nhiên liệu phải ở trạng thái hơi, phần nhiên liệu chưa bốc hơi phải là
hạt có kích thước nhỏ.
- Tăng khả năng phân bố đồng đều hỗn hợp cháy cho các xylanh.
Như vậy, hệ thống tạo hỗn hợp cháy ở động cơ xăng cần đảm bảo các yêu cầu
sau:
 Phải tạo được hỗn hợp cháy có thành phần cần thiết cho mọi chế độ làm
việc của động cơ. Các chế độ bình thường phải đảm bảo tiết kiệm nhiên
liệu. Khi chạy ở chế độ toàn tải phải đảm bảo động cơ phát ra công suất
lớn nhất.
 Có thể điều chỉnh lượng hỗn hợp cháy và thành phần hỗn hợp cháy theo
chế độ làm việc của động cơ.
 Trong mọi điều kiện khí hậu phải đảm bảo cho động cơ dễ khởi động và
giữ cho động cơ làm việc ở chế độ không tải với tốc độ quay thấp.
 Dễ điều chỉnh theo trạng thái kỹ thuật và điều kiện sử dụng của động cơ.
 Cấu tạo đơn giản, gọn, bền.
 Dễ bảo dưỡng.
Cho đến những năm 1960, hầu hết động cơ xăng được trang bị hệ thống tạo
hỗn hợp cháy bằng bộ chế hòa khí. Trong những thập niên gần đây nhờ tiến bộ của
ngành công nghệ thông tin cũng như những đòi hỏi khắc khe về độ độc hại khí thải
mà hệ thống tạo hỗn cháy bằng cách phun xăng được ra đời, mà đỉnh cao là hệ
thống phun xăng được điều khiển bằng điện tử.

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương

 Luận văn tốt nghiệp

-Trang 15-



2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI

Ở đây chúng ta chỉ giới thiệu cơ bản nguyên lý hoạt động chung của hệ thống
phun xăng điện tử EFI, còn kết cấu và nguyên lý làm việc của từng thiết bị thì sẽ tìm
hiểu chi tiết hơn ở chương 3.
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.

Hình 2.7 Sơ đồ tổng quát của hệ thống EFI.
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
không 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.

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương


 Luận văn tốt nghiệp

-Trang 16-



Hình 2.8 Sơ đồ điều khiển phun cơ bản.
2.2.1.1 Dòng không khí
Khi bướm ga mở ra, dòng không khí từ lọc gió đến các xylanh sẽ qua cảm biến
lưu lượng gió, bướm ga và đường ống nạp. Khi dòng không khí đi qua cảm biến lưu
lượng gió, nó sẽ ấn mở tấm đo. Lượng không khí được cảm nhận bằng độ mở của
tấm đo.

Hình 2.9 Sơ đồ dòng không khí.
2.2.1.2 Dòng 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 vòi 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

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương


 Luận văn tốt nghiệp

-Trang 17-



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

còn khi lượng khí nạp lớn, khoảng thời gian phun dài hơn.

Hình 2.10 Sơ đồ dòng nhiên liệu.
2.2.1.3 Cảm nhận 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, dòng khí nạp sẽ nhỏ và tấm
đo chỉ mở ra một chút. Vậy tốc độ cao và dải tải nặng, dòng khí sẽ lớn hơn và tấm
đo sẽ theo đó mở rộng hơn.

Hình 2.11 Lượng khí nạp ở các chế độ.
2.2.1.4 Điều khiển lượng phun cơ bản
Lượng không khí cảm nhận tại cảm biến đo lưu lượng gió được chuyển hoá
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 toán bao nhiêu nhiên liệu cần cho lượng khí đó

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương


 Luận văn tốt nghiệp

-Trang 18-



và thông báo cho mỗi vòi phun bằng thời gian mở van điện. Khi van điện của vòi
phun mở ra, nhiên liệu sẽ được phun vào đường ống nạp.

Hình 2.12 ECU nhận các tín hiệu.
2.2.1.5 Thời điểm và khoảng thời gian phun
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.

Hình 2.13 Thời gian và thời điểm phun.

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương


 Luận văn tốt nghiệp

-Trang 19-



Khoảng thời gian của mỗi lần phun chỉ cần một nửa yêu cầu, do vậy nó phun
hai lần để cung cấp một lượng nhiên liệu chính xác cho quá trình cháy của một chu
kỳ.
 Kết luận
Tuỳ theo tốc độ động cơ và lượng khí nạp đo được tại cảm biến lưu lượng khí.
ECU sẽ thông báo cho các vòi 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 2.14 Sơ đồ tổng quát.

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 mô 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 còn 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 hoà 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 “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
không liên quan đến ECU.

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương


 Luận văn tốt nghiệp

-Trang 20-



2.2.2.1 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...) 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 thông tin này. Nói một cách
khác, thậm chí lượng khí nạp không 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 2.15 Sơ đồ hiệu chỉnh phun.
2.2.2.2 Các thiết bị phụ
Có 2 thiết bị phụ để hiệu chỉnh tỷ lệ khí – nhiên liệu, một vòi phun khởi động
lạnh và một van khí phụ.
 Vòi phun khởi động lạnh
Mục đích của vòi 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 đâïm hơn.
Đó là chỉ khi động cơ còn lạnh và đang quay bởi máy khởi động, khi đó vòi phun
khởi động 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 vòi phun chính
và vòi phun khởi động lạnh.
Theo cách này, tỷ lệ nhiên liệu so với không khí tăng lên nhờ vào lượng nhiên
liệu phun ra từ vòi phun khởi động lạnh, tạo nên hỗn hợp đâïm hơn. Vòi phun khởi
động lạnh là một van điện sử dụng nguồn năng lượng của accu để mở và đóng van

 SVTH: Ngô Văn Sanh

GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương