Chức năng của hệ thống cung cấp nhiên liệu
Hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ Otto (động cơ đánh lửa cưỡng bức) phải cung cấp đủ lượng nhiên liệu cần thiết để hình thành hòa khí thích hợp với mọi chế độ vận hành của động cơ.
Để thỏa mãn yêu cầu trên, các hệ thống cung cấp nhiên liệu phải đảm bảo:
- Lưu trữ nhiên liệu trong thùng nhiên liệu.
- Cung cấp nhiên liệu không chứa bọt khí.
- Lọc sạch nhiên liệu.
- Tạo và giữ ổn định áp suất nhiên liệu.
- Đưa nhiên liệu dư thừa trở lại thùng chứa.
- Chống bay hơi nhiên liệu.
Cấu tạo của hệ thống
Nhiên liệu trong thùng được bơm đến các van phun với áp suất nhất định nhờ bơm nhiên liệu. Một bộ lọc nhiên liệu được gắn sau bơm để tránh các chất bẩn. Thông qua một bộ điều áp, áp suất nhiên liệu được giữ cố định hoặc điều chỉnh thích ứng với sự thay đổi áp suất trong đường ống nạp. Để đảm bảo lượng nhiên liệu cho mọi chế độ vận hành, hệ thống được thiết kế để luôn bơm lên nhiều hơn cần thiết. Phần nhiên liệu thừa được đưa trở về thùng qua bộ điều áp.
Thùng nhiên liệu phải được cân bằng áp suất khi động cơ hoạt động nhưng cũng cần đảm bảo xăng và hơi xăng không thoát ra môi trường. Điều này đòi hỏi phải có một hệ thống làm thoáng khí và thông hơi phức tạp cho thùng nhiên liệu. Hơi nhiên liệu được tạm chứa trong bình than hoạt tính và được đưa có chủ đích vào buồng đốt nhờ van tái sinh. Độ kín của thùng nhiên liệu được giám sát bởi hệ thống tự chẩn đoán trực tiếp trên ô tô (OBD II).
Các chi tiết của hệ thống cung cấp nhiên liệu
Thùng nhiên liệu
Đối với xe thương mại, thùng nhiên liệu được chế tạo từ thép tấm do hình dạng đơn giản và dễ sản xuất. Mặt trong và mặt ngoài thùng được phủ một lớp chống ăn mòn. Ở các thùng nhiên liệu lớn và khi chỉ đầy một phần, có thể đột ngột xảy ra dịch chuyển trọng lượng khi xe vào cua. Để tránh điều này, bên trong thùng người ta làm các vách ngăn có đục lỗ để tạo thành các khoang nhỏ thông nhau.
Thùng nhiên liệu làm bằng thép xuất hiện ngày càng nhiều trên ô tô cá nhân. Ở Mỹ, dòng xe ít khí thải (LEV) phải đáp ứng ngưỡng phát thải hydrocarbon (HC) rất thấp, bao gồm cả hơi nhiên liệu. (Theo OBD II, lượng nhiên liệu bay hơi mỗi ngày không được vượt quá 2 gram). Sử dụng các thùng nhiên liệu bằng thép giúp xử lý vấn đề này dễ dàng hơn so với thùng nhiên liệu bằng nhựa.
Các kiểu thùng nhiên liệu có hình dạng phức tạp thường dùng cho ô tô cá nhân phần lớn được chế tạo từ nhựa, thí dụ nhựa PE, nhằm đảm bảo độ an toàn cao trước nguy cơ bị vỡ (thùng phải nguyên vẹn khi ô tô bị va chạm ở vận tốc 80 km/h). Tuy nhiên, vẫn còn tồn tại nguy cơ thùng nhiên liệu bị biến dạng ở nhiệt độ cao (trên 120 °C ở xe diesel) và vấn đề bay hơi nhiên liệu nhiều hơn.
Khi xe chạy qua đoạn cua gắt hoặc đường dốc cao và nếu chỉ còn một ít nhiên liệu trong thùng thì nhiên liệu bị dồn qua một phía. Do vậy, bên trong thùng nhiên liệu phải có bình gom (Hình đầu tiên) để bảo đảm có thể lấy hết được toàn bộ nhiên liệu trong tất cả các khoang và được làm đầy nhờ bơm phản lực (bơm hút bằng dòng). Tiếng anh là Suction Jet Pump. Bơm nhiên liệu tiếp vận cũng thường được đặt trong bình gom nhiên liệu.
Bơm tiếp vận
Các hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ Otto (động cơ xăng) hiện đại chỉ sử dụng bơm điện để vận chuyển nhiên liệu. Lưu lượng của bơm đạt từ 60 lít/giờ đến 200 lít/ giờ ở điện áp định mức, áp suất nhiên liệu phải đạt từ 3 bar đến 7 bar (cho bơm tiếp vận trước của hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp) ở 50 % đến 60 % điện áp định mức của ắc quy. Khi vận hành ở điện áp định mức, lượng nhiên liệu được cung cấp lớn gấp nhiều lần so với lượng nhiên liệu yêu cầu cho trường hợp động cơ chạy không tải và tải nhỏ. Vì vậy, các bơm tiếp vận hiện nay được bộ điều khiển điện tử (ECU) điều khiển bằng tín hiệu điều biến độ rộng xung (tín hiệu xung) PWM – Pulse Width Modulation, để điều chỉnh lưu lượng cung cấp cần thiết phù hợp cho từng chế độ vận hành, giúp tiết kiệm công suất bơm, tránh làm nóng nhiên liệu không cần thiết, và tăng tuổi thọ của bơm.
Bơm tiếp vận bao gồm các thành phần sau:
- Nắp che với các đầu nối dây điện, van một chiều và đầu ra của bơm
- Động cơ điện dùng nam châm vĩnh cửu
- Cơ cấu bơm
Tùy theo vị trí lắp đặt, các bơm tiếp vận được chia thành bơm trên đường ống (in-line pump) hoặc bơm trong thùng (In-tank pump).
Bơm tiếp vận trên đường ống: Bơm có thể được lắp đặt ở bất kỳ vị trí nào trên đường ống cung cấp xăng. Nhờ đó, dễ dàng thay thế hơn so với loại bơm trong thùng khi có hỏng hóc.
Tuy nhiên, bơm dạng này và nhất là các mối nối điện của bơm có nguy cơ bị ăn mòn nhiều hơn do được lắp đặt dưới sàn xe.
Bơm tiếp vận trong thùng: Loại bơm này thường là một bộ phận nằm trong mô đun tiếp vận nhiên liệu, được gắn trong thùng nhiên liệu. Nhờ được lắp trong thùng kín nên các bơm này được bảo vệ khỏi sự ăn mòn và giảm được tiếng ồn do bơm tạo ra.
Tùy theo cách tác dụng, người ta phân biệt bơm định lượng và bơm lưu lượng:
- Bơm định lượng: Loại bơm này thuộc kiểu bơm con lăn hay bơm bánh răng ăn khớp trong. Khi vận hành, nhiên liệu được hút vào một buồng kín tự thu nhỏ dần rồi chuyển sang phía áp suất cao. Bơm định lượng có thể tạo ra áp suất nhiên liệu lớn hơn 4 bar, lưu lượng lớn với điện áp định mức thấp. Tuy nhiên, loại bơm này gây tiếng ồn tương đối cao và lưu lượng bơm bị giảm mạnh nếu nhiên liệu bị sủi bọt do nhiệt độ cao. Vì thế, một bơm lưu lượng thường được đặt phía trước bơm định lượng để loại bỏ các bọt hơi nhiên liệu.
- Bơm lưu lượng: Là các loại bơm thuộc kiểu bơm ngoại vi hay bơm cửa nạp bên. Khi vận hành, nhiên liệu được tăng tốc liên tiếp khi các cánh quạt quay và nhờ đó làm tăng áp suất nhiên liệu. Bơm lưu lượng gây ít tiếng ồn vì áp suất tăng liên tục và hầu như không có dao động.
Ngoài ra, loại bơm này không bị ảnh hưởng bởi bọt hơi nhiên liệu vì chúng được xả qua các lỗ thông khí. Tuy nhiên, áp suất nhiên liệu chỉ có thể đạt tối đa là 4 bar.
Bơm nhiên liệu 2 cấp (Hình dưới): Bơm nhiên liệu 2 cấp được sử dụng khi có nhu cầu áp suất hệ thống cao. Bơm tiếp vận dạng này bao gồm một bơm sơ cấp (Bơm lưu lượng – kiểu bơm ngoại vi) để tránh tạo bọt hơi nhiên liệu và một bơm định lượng thứ cấp để tạo áp suất nhiên liệu mong muốn trong hệ thống.
Bơm hút bằng dòng (Bơm phản lực – Suction jet pump): Loại bơm này hoạt động theo nguyên tắc thủy lực và chủ yếu được dùng để hút nhiên liệu ở những khoang phụ trong thùng nhiên liệu vào bình gom. Khi bơm điện tiếp vận hoạt động, áp suất trong bình gom giảm, nhiên liệu được tự động hút từ các góc hoặc đáy của thùng nhiên liệu sang bình gom bằng ống hút, trong đó có các bơm hút phản lực được gắn chung với ống hút.
Các ống dẫn nhiên liệu
Các ống dẫn nhiên liệu được làm bằng thép hoặc cao su hay nhựa có đặc tính khó cháy và tính trơ với nhiên liệu. Các ống cao su hay ống nhựa sau thời gian dài sử dụng có thể không còn kín do bị lão hóa trở nên giòn và xốp.
Khi lắp đặt ống dẫn nhiên liệu cần phải lưu ý rằng
- Ống dẫn phải chịu được tác dụng lực do chuyển động của xe và động cơ.
- Ống dẫn phải được bảo vệ tránh tác động cơ học.
- Ống dẫn phải cách xa những nơi có nhiệt độ cao để tránh hình thành bọt hơi.
- Bố trí ống dẫn đặt nghiêng cố định để bọt hơi thoát nhanh.
- Không gây tích tụ hơi nhiên liệu trong xe khi ống dẫn bị rò rỉ.
Bộ lọc nhiên liệu
Bộ lọc nhiên liệu được dùng để loại bỏ các chất bẩn nhằm bảo vệ hệ thống cung cấp nhiên liệu, thí dụ van phun nhiên liệu có thể bị hỏng vì các mẫu chất bẩn cực nhỏ
Xem thêm:
