Để theo kịp luật phát thải và tiết kiệm nhiên liệu, hệ thống nhiên liệu được sử dụng trên những chiếc ô tô hiện đại đã thay đổi rất nhiều trong những năm qua. Năm 1990 Subaru Justy là chiếc xe cuối cùng được bán ở Hoa Kỳ có bộ chế hòa khí; năm mô hình tiếp theo, Justy có phun nhiên liệu. Nhưng hệ thống phun xăng đã xuất hiện từ những năm 1950 và phun xăng điện tử được sử dụng rộng rãi trên ô tô châu Âu bắt đầu từ khoảng năm 1980. Hiện nay, tất cả ô tô bán ở Hoa Kỳ đều có hệ thống phun xăng.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu cách nhiên liệu đi vào xi lanh của động cơ và các thuật ngữ như "phun nhiên liệu đa cổng" và "phun nhiên liệu vào thân bướm ga" có nghĩa là gì.
>
Nội dung
Đối với hầu hết sự tồn tại của động cơ đốt trong, bộ chế hòa khí là thiết bị cung cấp nhiên liệu cho động cơ. Trên nhiều loại máy khác, chẳng hạn như máy cắt cỏ và máy cưa, nó vẫn như vậy. Nhưng khi ô tô phát triển, bộ chế hòa khí ngày càng phức tạp hơn khi cố gắng xử lý tất cả các yêu cầu vận hành. Ví dụ, để xử lý một số nhiệm vụ này, bộ chế hòa khí có năm mạch khác nhau:
Để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt hơn về khí thải, bộ chuyển đổi xúc tác đã được giới thiệu. Cần phải kiểm soát rất cẩn thận tỷ lệ không khí trên nhiên liệu để bộ chuyển đổi xúc tác hoạt động hiệu quả. Cảm biến oxy theo dõi lượng oxy trong khí thải và bộ phận điều khiển động cơ (ECU) sử dụng thông tin này để điều chỉnh tỷ lệ không khí trên nhiên liệu trong thời gian thực. Đây được gọi là điều khiển vòng kín - không khả thi để đạt được điều khiển này với bộ chế hòa khí. Bộ chế hòa khí điều khiển bằng điện đã có một thời gian ngắn trước khi hệ thống phun nhiên liệu tiếp quản, nhưng những bộ chế hòa khí điện này thậm chí còn phức tạp hơn những bộ chế hòa khí đơn thuần.
Lúc đầu, bộ chế hòa khí được thay thế bằng hệ thống phun nhiên liệu thân bướm ga (còn được gọi là điểm duy nhất hoặc phun nhiên liệu trung tâm hệ thống) kết hợp các van phun nhiên liệu được điều khiển bằng điện vào thân van tiết lưu. Đây gần như là một sự thay thế bu lông cho bộ chế hòa khí, vì vậy các nhà sản xuất ô tô không phải thực hiện bất kỳ thay đổi mạnh mẽ nào đối với thiết kế động cơ của họ.
Dần dần, khi các động cơ mới được thiết kế, hệ thống phun nhiên liệu trên thân bướm ga được thay thế bằng phun nhiên liệu đa cổng (còn được gọi là cổng , đa điểm hoặc tuần tự phun nhiên liệu). Các hệ thống này có một kim phun nhiên liệu cho mỗi xi-lanh, thường được đặt để chúng phun ngay tại van nạp. Các hệ thống này cung cấp khả năng đo nhiên liệu chính xác hơn và phản ứng nhanh hơn.
Bàn đạp ga trên ô tô của bạn được kết nối với van tiết lưu - đây là van điều chỉnh lượng không khí đi vào động cơ. Vì vậy, bàn đạp ga thực sự là bàn đạp không khí.
Khi bạn đạp chân ga, van tiết lưu sẽ mở ra nhiều hơn, cho nhiều không khí vào hơn. Bộ phận điều khiển động cơ (ECU, máy tính điều khiển tất cả các thành phần điện tử trên động cơ của bạn) "nhìn thấy" van tiết lưu mở và tăng tỷ lệ nhiên liệu với dự đoán có nhiều không khí đi vào động cơ. Điều quan trọng là phải tăng tốc độ nhiên liệu ngay khi van tiết lưu mở; nếu không, khi lần đầu tiên nhấn bàn đạp ga, có thể có sự ngập ngừng do một số không khí đi đến các xi-lanh mà không có đủ nhiên liệu trong đó.
Cảm biến giám sát khối lượng không khí đi vào động cơ, cũng như lượng oxy trong khí thải. ECU sử dụng thông tin này để tinh chỉnh việc cung cấp nhiên liệu sao cho tỷ lệ không khí trên nhiên liệu ở mức vừa phải.
Một kim phun nhiên liệu không có gì khác ngoài một van điều khiển điện tử. Nó được cung cấp nhiên liệu có áp suất bởi bơm nhiên liệu trong ô tô của bạn và nó có khả năng đóng mở nhiều lần trong một giây.
Bên trong kim phun nhiên liệu
Khi kim phun được cung cấp năng lượng, một nam châm điện di chuyển một pít tông làm mở van, cho phép nhiên liệu có áp suất phun ra ngoài qua một vòi phun nhỏ. Vòi phun được thiết kế để phun ra nhiên liệu - tạo ra sương mù càng mịn càng tốt để nó có thể cháy dễ dàng.
Bắn kim phun nhiên liệu
Lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ được xác định bằng khoảng thời gian kim phun nhiên liệu vẫn mở. Đây được gọi là độ rộng xung và nó được điều khiển bởi ECU.
Kim phun nhiên liệu lắp trong ống nạp của động cơ
mạnh mẽ>
Các kim phun được lắp trong đường ống nạp để chúng phun nhiên liệu trực tiếp vào các van nạp. Một đường ống được gọi là đường ray nhiên liệu cung cấp nhiên liệu có áp cho tất cả các kim phun.
Trong hình này, bạn có thể thấy ba trong số các kim phun. Đường ray nhiên liệu là đường ống ở bên trái.
Để cung cấp lượng nhiên liệu phù hợp, bộ phận điều khiển động cơ được trang bị rất nhiều cảm biến. Hãy xem một số trong số chúng.
Để cung cấp lượng nhiên liệu chính xác cho mọi điều kiện vận hành, bộ phận điều khiển động cơ (ECU) phải giám sát một số lượng lớn các cảm biến đầu vào. Đây chỉ là một số:
Có hai loại điều khiển chính cho nhiều cổng hệ thống:Tất cả các kim phun nhiên liệu có thể mở cùng một lúc hoặc mỗi kim phun có thể mở ngay trước khi van nạp cho xi lanh của nó mở (đây được gọi là phun nhiên liệu nhiều cổng tuần tự ).
Ưu điểm của phun nhiên liệu tuần tự là nếu người lái thay đổi đột ngột, hệ thống có thể phản ứng nhanh hơn vì kể từ khi thay đổi, nó chỉ phải đợi cho đến khi van nạp tiếp theo mở ra, thay vì tiếp theo hoàn toàn. cuộc cách mạng của động cơ.
Các thuật toán điều khiển động cơ khá phức tạp. Phần mềm phải cho phép chiếc xe đáp ứng các yêu cầu về lượng khí thải trong 100.000 dặm, đáp ứng các yêu cầu tiết kiệm nhiên liệu của EPA và bảo vệ động cơ khỏi bị lạm dụng. Và có hàng tá yêu cầu khác cũng phải đáp ứng.
Bộ điều khiển động cơ sử dụng một công thức và một số lượng lớn các bảng tra cứu để xác định độ rộng xung cho các điều kiện hoạt động nhất định. Phương trình sẽ là một chuỗi gồm nhiều hệ số nhân với nhau. Nhiều yếu tố trong số này sẽ đến từ các bảng tra cứu. Chúng ta sẽ đi qua một phép tính đơn giản về độ rộng xung của kim phun nhiên liệu . Trong ví dụ này, phương trình của chúng ta sẽ chỉ có ba yếu tố, trong khi một hệ thống điều khiển thực có thể có một trăm hoặc nhiều hơn.
Để tính độ rộng xung, trước tiên ECU tra cứu độ rộng xung cơ sở trong một bảng tra cứu. Độ rộng xung cơ sở là một hàm của tốc độ động cơ (RPM) và tải (có thể được tính toán từ áp suất tuyệt đối của ống góp). Giả sử tốc độ động cơ là 2.000 vòng / phút và tải là 4. Chúng tôi tìm thấy con số tại giao điểm của 2.000 và 4, là 8 mili giây.
Trong các ví dụ tiếp theo, A và B là các thông số đến từ cảm biến. Giả sử rằng A là nhiệt độ nước làm mát và B là mức oxy. Nếu nhiệt độ chất làm mát bằng 100 và mức oxy bằng 3, các bảng tra cứu cho chúng ta biết rằng Yếu tố A =0,8 và Yếu tố B =1,0.
Vì vậy, vì chúng ta biết rằng độ rộng xung cơ sở là một hàm của tải và RPM và độ rộng xung =(độ rộng xung cơ sở) x (yếu tố A) x (yếu tố B) , độ rộng xung tổng thể trong ví dụ của chúng tôi bằng:
Từ ví dụ này, bạn có thể thấy cách hệ thống điều khiển thực hiện các điều chỉnh. Với tham số B là mức ôxy trong khí thải, bảng tra cứu cho B là điểm mà tại đó (theo các nhà thiết kế động cơ) có quá nhiều ôxy trong ống xả; và do đó, ECU cắt giảm nhiên liệu.
Hệ thống điều khiển thực có thể có hơn 100 tham số, mỗi tham số có bảng tra cứu riêng. Một số thông số thậm chí thay đổi theo thời gian để bù đắp cho những thay đổi về hiệu suất của các bộ phận động cơ như bộ chuyển đổi xúc tác. Và tùy thuộc vào tốc độ động cơ, ECU có thể phải thực hiện các phép tính này hàng trăm lần mỗi giây.
Chip hiệu suất Điều này dẫn chúng ta đến cuộc thảo luận về chip hiệu suất. Bây giờ chúng ta đã hiểu một chút về cách các thuật toán điều khiển trong ECU hoạt động, chúng ta có thể hiểu các nhà sản xuất chip hiệu suất làm gì để khai thác nhiều năng lượng hơn từ động cơ.
Các chip hiệu suất được sản xuất bởi các công ty hậu mãi và được sử dụng để tăng công suất động cơ. Có một con chip trong ECU chứa tất cả các bảng tra cứu; chip hiệu suất thay thế chip này. Các bảng trong chip hiệu suất sẽ chứa các giá trị dẫn đến mức nhiên liệu cao hơn trong một số điều kiện lái xe nhất định. Ví dụ, chúng có thể cung cấp nhiều nhiên liệu hơn khi hết ga ở mọi tốc độ động cơ. Họ cũng có thể thay đổi thời gian đánh lửa (cũng có các bảng tra cứu cho điều đó). Vì các nhà sản xuất chip hiệu suất không quan tâm đến các vấn đề như độ tin cậy, quãng đường đi được và kiểm soát khí thải như các nhà sản xuất ô tô, họ sử dụng các cài đặt tích cực hơn trong bản đồ nhiên liệu của chip hiệu suất của họ.
Để biết thêm thông tin về hệ thống phun nhiên liệu và các chủ đề ô tô khác, hãy xem các liên kết trên trang tiếp theo.
Các bài viết liên quan về HowStuffWorks
Cách hệ thống quản lý nhiên liệu hoạt động
Hệ thống nhiên liệu trên xe hoạt động như thế nào?
Cách hoạt động của động cơ đánh lửa bằng khí nén
Cách hoạt động của hệ thống phun nhiên liệu