Phun xăng điện tử (Phần 7: Phun xăng kép)

Mục lục:

Đặc điểm của hệ thống phun xăng kép
Cơ chế hoạt động của hệ thống phun xăng kép
Các chi tiết trong hệ thống phun xăng kép
Kỹ thuật phun nước

Phun xăng kép kết hợp giữa hệ thống phun trực tiếp MED-Motronic và hệ thống phun xăng gián tiếp trong họng nạp

Đặc điểm của hệ thống phun xăng kép

Bằng việc kết hợp 2 kỹ thuật phun xăng với nhau, người ta có thể tận dụng được lợi thế từ cả 2 hệ thống này:

Lợi thế từ phun trực tiếp:

Loại bỏ hao hụt do hơi nhiên liệu ngưng tụ trong họng nạp trong quá trình khởi động lạnh và chạy rà nhờ việc phun nhiên liệu trực tiếp trong buồng đốt.
Tăng khả năng làm mát động cơ do nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng đốt, qua đó hoá hơi và làm mát xy-lanh tốt hơn. Nhờ đó, áp suất nén cũng như hiệu suất được đẩy lên cao hơn.
Nhờ ứng dụng kim phun cao áp giúp cho việc phun nhiều lần có thể thực hiện được trong 1 chu kỳ công tác của xy-lanh. Qua đó hoà khí cháy tốt hơn và cải thiện chất lượng khí xả.
Giảm hiện tượng loãng dầu nhớt (lão hoá) khi khởi động lạnh nhờ vào việc phun nhiều lần thay vì phun thêm nhiều nhiên liệu hơn để làm giàu hoà khí.

Lợi thế từ phun gián tiếp:

Giảm độ ồn khi chạy không tải cũng như tiếng ồn do kim phun và bơm cao áp gây ra
Cải thiện chất lượng khí thải do nhiện liệu có nhiều thời gian hoá hơn và hoà trộn với không khí hơn. Qua đó cũng giảm lượng muội than hình thành trong quá trình cháy.

Cơ chế hoạt động của hệ thống phun xăng kép

Hệ thống phun xăng kép cho phép động cơ hoạt động với tỉ lệ hoà khí λ = 1 trong một dải công tác lớn hơn.

Bằng việc chạy với tỉ lệ hoà khí λ = 1, tỉ lệ nhiên liệu không cháy hết giảm xuống và bầu xúc tác NOx, vốn phải được trang bị thêm trên những động cơ phun xăng phân lớp (stratified), có thể được loại bỏ ra khỏi hệ thống xử lý khí xả.

Hệ thống máy tính của xe được lập trình sẵn, sẽ quyết định khi nào sẽ sử dụng hệ thống phun trực tiếp hoặc gián tiếp. Tuy nhiên sẽ không có việc sử dụng cùng lúc cả 2 hệ thống phun xăng.

Cơ chế hoạt động tuỳ vào tình trạng động cơ

Khởi động: Lúc này chu trình phun nhiều lần ở kỳ nén diễn ra thông qua kim phun trực tiếp phía trong buồng đốt. Qua đó hình thành vùng hoà khí dễ cháy quanh bu-gi. Thời gian nhiên liệu lưu lại trong xy-lanh ngắn hơn, giúp loại bỏ hiện tượng nhiên liệu bám trên thành xy-lanh, hạn chế thoái hoá nhớt.

Biểu đồ trạng thái hoạt động dựa trên vòng tua và tải động cơ

Chạy rà làm nóng bầu xúc tác (Nhiệt độ nước làm mát dưới 45^oC): Nhằm cải thiện chất lượng khí thải và giảm hiện tượng lão hoá dầu nhớt (xăng lọt xuống đáy các-te), nhiên liệu sẽ được phun vào kỳ hút và kỳ nén. Nhờ vào việc đóng cánh hướng dòng (trong họng nạp), không khí đi vào xy-lanh dưới dạng lốc xoáy và qua đó hoà trộn với nhiên liệu tốt hơn, tạo thành hoà khí với tỉ lệ gần như hoàn hảo. Bên cạnh đó, thời điểm đánh lửa cũng được điều chỉnh trễ lại, giúp tăng nhanh nhiệt độ khí xả cũng như gia nhiệt cho bầu xúc tác.

Chạy không tải (Nhiệt độ nước mát trên 45^oC): Ở giai đoạn đoạn này, nhằm giảm tiếng ồn động cơ, sẽ chỉ có kim phun gián tiếp trong họng nạp hoạt động.

Tải một phần khi động cơ đã nóng (Nhiệt độ nước mát trên 45^oC): Xăng được phun bằng kim phun gián tiếp trong họng nạp với cánh gió hướng dòng đóng lại. Thời gian hoà trộn dài hơn và dòng khí xoáy tốt hơn giúp cho hoà khí đều hơn (homogen). Điều này giúp hoà khí cháy nhanh và đem lại hiệu suất cao hơn. Bên cạnh đó, bơm cao áp không cần chạy.

Sau một thời gian dài hoạt động bằng kim phun gián tiếp, máy tính sẽ đổi qua kim phun trực tiếp, trong thời gian ngắn, để hạn chế kim này không bị đóng muội than.

Tải lớn hoặc toàn tải (Ở vòng tua thấp và trung bình): Ở chế độ này, sẽ chỉ có kim phun trực tiếp hoạt động, phun nhiệu liệu trong kỳ hút và kỳ nén.

Tải toàn phần (Ở vòng tua cao): Kim phun trực tiếp sẽ phun một lần duy nhất ở mỗi chu kỳ hoạt động.

Chế độ chạy khẩn cấp: Nếu một hệ thống có vấn đề, hệ thống phun còn lại sẽ được kích hoạt và xe chạy trong chế độ giới hạn.

Các chi tiết trong hệ thống phun xăng kép

Với hệ thống phun xăng kép, bên cạnh các chi tiết của hệ thống phun xăng trực tiếp, động cơ còn cần thêm:

Ống phân phối (ống rail) thấp áp
Kim phun thấp áp (kim phun gián tiếp trong họng nạp)
Cảm biến thấp áp.
Nắp đầu xy-lanh và bơm cao áp cũng được nâng cấp cho phù hợp.

Hệ thống cung cấp nhiện liệu cho đường thấp áp: Xăng được vận chuyển từ thùng bằng bơm tiếp vận qua bơm cao áp, cùng với hệ thống cao áp. Tại đây, nhờ ống nối bổ sung thêm trên bơm cao áp, nhiên liệu được rẽ nhánh, chuyển đến ống phân phối thấp áp. Khi kim phun trực tiếp không hoạt động và động cơ chuyển sang dùng kim phun gián tiếp (thấp áp), nhiên liệu vẫn đi qua bơm cao áp để giúp làm mát bơm. Để hạn chế tiếp ồn từ dòng chảy xăng, một van tiết lưu được gắn trước ống phân phối thấp áp (phía sau bơm cao áp).

Bơm tiếp vận cung cấp áp suất bơm khoảng 5 bar và được theo dõi bởi cảm biến thấp áp đặt trong ống phân phối (thấp áp).

Ống phân phối thấp áp: Dự trữ và cung cấp xăng cho kim phun thấp áp trong họng nạp. Trên ống phân phối có cảm biến thấp áp.

Kim phun họng nạp (Thấp áp): Sử dụng loại kim phun điện từ, với dòng 12V và được kích hoạt qua mass từ ECU

Kim phun thấp áp nằm trong họng nạp, khi được kích hoạt sẽ phun theo chu trình phun tuần tự. Kim phun lên van nạp khi van này chưa mở.

Nắp đầu xy-lanh: Bên cạnh van nạp và van xả, còn có bugi và kim phun cao áp. Bu-gi được kích hoạt bằng bô-bin đánh lửa loại tỉa lửa đơn.

Kim phun cao áp được bố chí giữa đỉnh nắp xy-lanh và phun nhiên liệu theo hướng thẳng xuống dưới dạng vòm cầu. Dong phun đi qua sát bu-gi nhưng không chạm vào điện cực bu-gi vì nếu không sẽ phá hỏng bu-gi. Để đạt tới khả năng cháy tốt, hoà khí gần với bu-gi phải đạt tỉ lệ gần λ = 1.

Bu-gi được thiết kế đặt nghiệng một góc 10 độ so với kim phun xăng.

Van cánh hướng dòng (họng nạp): Để đạt được tỉ lệ hoà khí tối ưu, van hướng dòng được lắp thêm vào họng nạp. Khi van này đóng, dòng khí xoắn ốc sẽ giúp hình thành hoà khi đồng đều (homogen) trong buồng đốt.

Kỹ thuật phun nước

Phun nước cũng là một kỹ thuật thuộc hệ thống phun nhiên liệu kép nhưng chủ yếu dùng trên xe đua. Thay vì phun xăng, tuỳ vào tình trạng hoạt động, kim phun gián tiếp sẽ phun hơi sương (nươc) vào họng nạp.

Bằng việc phun sương, công suất động cơ có thể được tăng lên và đồng thời giảm tiêu thụ nhiên liệu.

Hiệu ứng này nhờ vào:

Tăng cường khả năng làm mát của động cơ nhờ đó việc làm mát bằng nhiên liệu phun thêm (làm giàu hoà khí) không cần thiết nữa.
Khi nhiệt độ buồng đốt giảm, tỉ số nén thông qua áp suất nạp có thể được tăng lên. Đồng thời việc đánh lửa sớm sẽ được thực hiện mà không xảy ra hiện tượng kích nổ.
Hơi nước được phun ra cũng giúp làm tăng áp suất trong xy-lanh.

Xem thêm: