( ) - Lượt xem: 1364

Vai trò và hoạt động của vòi phun điện tử

Hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ đốt trong là hệ thống quyết định lớn tới tính kinh tế (tiết kiệm nhiên liệu) và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Những thành tựu của ngành công nghiệp điện tử, tự động hóa và công nghệ thông tin đã nhanh chóng được áp dụng vào ngành công nghệ ôtô. Đặc biệt là trên các hệ thống động cơ đốt trong nhằm hoàn thiện quá trình cháy, tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường.

Đi tiên phong trong lĩnh vực nghiên cứu phát triển hệ thống phun nhiên liệu điện tử cho động cơ đốt trong sử dụng trên ôtô là hãng Bosch (Đức) từ những thập niên cuối thế kỷ trước. Đến năm 1984, người Nhật mua bản quyền của Bosch và ứng dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử cho các xe của Toyota. Ngày nay, hầu hết các xe ôtô du lịch trên thế giới sử dụng động cơ đốt trong đều được trang bị hệ thống phun nhiên liệu điện tử (Electronic Fuel Injection-EFI).

Vòi phun điện tử

Phun là một quá trình để cung cấp cho một động cơ đốt trong bằng cách cung cấp nhiên liệu vào buồng đốt dưới áp lực và tỉ lệ hoàn hảo. Thay thế bộ chế hòa khí tiêu tốn nhiên liệu hơn và hoàn toàn không phù hợp với tỉ lệ nén của các động cơ hiện đại, chúng đòi hỏi phải đưa nhiên liệu vào buồng đốt với áp suất lớn. Điều này dẫn đến nhu cầu phải tăng áp lực, bằng cách sử dụng một máy bơm cao áp để đưa nhiên liệu vào trong vòi phun. Nhiên liệu được tích trữ bên trong vòi phun dưới áp suất cao và chỉ được thoát ra vào xi-lanh khi van điện được mở. Xét về cách điều khiển đóng mở van điện thì có thể phân ra làm 2 loại vòi (van) phun:
– Loại hoạt động bằng điện từ (cuộn cảm solenoid) : sử dụng nam châm điện từ để đóng mở van
– Loại hoạt động bằng áp điện (piezo electric) : sử dụng đặc tính co nở của gốm tổng hợp khi có dòng điện chạy qua để đóng mở van. Hiệu quả hơn nhưng đắt tiền hơn, áp điện chỉ đươc sử dụng trong hệ thống phun xăng trực tiếp (xem thêm phía dưới).

Cả hai hệ thống van tuy có cấu tạo cơ khí nhưng hoàn toàn được điều khiển bằng máy tính điện tử.

Đây là một vòi phun, nó nhận nhiên liệu áp suất cao và giải phóng vào động cơ (trực tiếp hoặc gián tiếp) tương tự một động cơ phản lực siêu nhỏ. Đây là lý do tại sao một hạt bụi bẩn nhỏ nhất cũng có thể làm nó tắc nghẽn Chúng ta đang làm việc với ngành cơ khí với độ chính xác rất cao

Injector Casting : Khuôn của vòi phun
Solenoid On : Cuộn cảm có dòng điện chạy qua
Pressurised Fuel : Nhiên liệu bơm vào dưới áp suất cao (từ bơm tăng áp)
Solenoid Off : Cuộn cảm không điện
Fuel Filter : Bộ lọc nhiên liệu
Plunger : Pit tông – nam châm điện
Electrical Attachment : Bộ nối với hệ thống điện
Valve Spring : Lò xo van
Spray Tip : Kim phun

Khái niệm phun có thể được kết hợp với các khái niệm khác nhau: cơ khí, điện, trực tiếp, gián tiếp, ống phân phối … Điều quan trọng là phải lưu ý sự khác biệt giữa các yếu tố nhất định, đặc biệt là giữa :
– Phun truyền thống và phun thông qua ống phân phối (common rail)
– Phun trực tiếp và phun gián tiếp

Sự khác biệt giữa phun trực tiếp và gián tiếp

Phun truyền thống là hệ thống mà bơm phun gắn liền với từng vòi phun. Do đó các bơm này có vai trò cung cấp nhiên liệu áp suất cao đến các đầu phun … Một hệ thống phun thông qua ống phân phối cũng tương tự, ngoại trừ việc giữa bơm phun và vòi phun có một ống phân phối. Đó là một loại buồng chứa, nơi nhiên liệu được tích lũy dưới áp lực lớn cung cấp bởi bơm tăng áp.

Hệ thống tích hợp bơm-vòi phun của Volkswagen

Volkswagen sử dụng một hệ thống riêng biệt trong vòng vài năm nhưng cuối cùng đã bị hủy bỏ. Thay vì có một máy bơm chung cho tất cả các vòi phun, họ đã quyết định thiết kế mỗi vòi phun có một máy bơm nhỏ riêng. Hiệu suất được tăng lên rõ rệt nhưng ngược lại đã làm mất đi sự thoải mái của người ngồi do động cơ trở nên quá căng và nhạy, gây hiện tượng giật cục mỗi khi tăng tốc. Ngoài ra, hệ thống này cũng đắt hơn bởi mỗi vòi phun phải đi kèm với một máy bơm nhỏ.

Tại sao máy tính kiểm soát quá trình phun ?

Lợi thế của việc kiểm soát các vòi phun bằng máy tính điện tử là có thể điều khiển hoạt động của chúng trong từng bối cảnh khác nhau. Tùy theo điều kiện nhiệt độ / không khí, mức độ nóng động cơ, độ sâu của chân ga, tốc độ động cơ … quá trình phun sẽ không được thực hiện một cách giống nhau. Tất nhiên là để làm được điều đó thì cần có những cảm biến cần thiết để “quét” hiện trạng các bộ phận (nhiệt độ, cảm biến bàn đạp vv ..) cũng như cần một máy tính điện tử để thu thập, xử lý và ra quyết định dựa trên tất cả các dữ liệu này.

ECU (Engine Control Unit) : Máy tính điện tử trung tâm
Fuel tank: Bình nhiên liệu
Fuel pump : Bơm nhiên liệu từ bình nhiên liệu
Fuel filter : Bộ lọc nhiên liệu
High pressure pump : Bơm cao áp
Common Rail : Ống phân phối
Rail Pressure Sensor : Cảm biến áp suất nhiên liệu
Fuel Pressure Regulator : Bộ điều chỉnh áp suất nhiên liệu

Injector : Vòi phun
Sensors : Cảm biến
E/G Rpm : Vị trí / tốc độ trục khuỷu
E/G Pace : Vị trí / tốc độ trục cam
Accelerator : Vị trí bàn đạp ga
Air booster : Áp suất không khí
Air Temp : Nhiệt độ không khí
Coolant Temp : Nhiệt độ nước làm mát

Mức tiêu thụ nhiên liệu được giảm đáng kể

Như một hệ quả trực tiếp từ sự chính xác của các vòi phun, giờ đây đã không còn hiện tượng lãng phí nhiên liệu, kết quả là mức tiêu thụ của động cơ đã được giảm đi rõ rệt. Một lợi thế khác là sự hiện diện của bướm ga đã điều tiết hợp lý không khí nạp, làm hạ nhiệt độ động cơ và vì thế làm tăng công suất và hiệu suất. Tuy nhiên, với độ phức tạp cao, quy trình phun điện tử vẫn phải đối mặt với một số khó khăn mà không phải không có hậu quả. Thứ nhất là nhiên liệu phải có chất lượng tốt để tránh gây thiệt hại (tạp chất có thể bị mắc kẹt trong các ống dẫn tí hon). Áp lực cao hoặc các vòi phun không kín cũng có thể là nguyên nhân của của hỏng hóc.