THỜI HOÀNG HÔN CỦA BỘ CHẾ HÒA KHÍ (BCHK)
BCHK hiện diện trong hầu hết động cơ đốt trong trong vai trò cung cấp nhiên liệu (hỗn hợp hòa trộn giữa xăng và không khí theo tỉ lệ nhất định). Nhưng khi nghành công nghiệp ôtô phát triển BCHK càng ngày càng phức tạp hơn để đáp ứng yêu cầu vận hành động cơ một cách có hiệu quả nhất. Thí dụ để cung cấp nhiên liệu cho một động cơ, BCHK phải có 5 mạch hòa trộn nhiên liệu để cung cấp cho 5 chế độ vận hành cơ bản sau:
- Mạch chính – cung cấp nhiên liệu với tỉ lệ tối ưu khi chạy đường trường
- Mạch cầm chừng (ga răng ti) – khi động cơ không tải
- Mạch tăng tốc – cung cấp thêm nhiên liệu khi người lái chớm đạp ga để xe “vọt” hơn
- Mạch tải nặng – cung cấp nhiên liệu giàu xăng hơn khi xe lên dốc cao hoặc kéo rờ mọoc
- E (choke) – để dễ khởi động khi máy còn lạnh.
Để đáp ứng luật bảo vệ môi trường ngày càng khắt khe, khi BCHK có quá nhiều khiếm khuyết và trở nên quá phức tạp, các nhà sản xuất ôtô bắt buộc phải tìm các giải pháp thay thế (lời người dịch)
Đầu tiên, hệ thống phun xăng đơn điểm được giới thiệu. Hệ thống này dùng vòi phun nhiên liệu điều khiển bằng điện tử. Hệ thống này thực chất là gắn thêm một vòi phun nhiên liệu cho BCHK nhằm giảm thiểu những thay đổi trong thiết kế động cơ.
Sau đó, khi thiết kế các động cơ mới, các nhà sản xuất đưa vào động cơ của họ hệ thống phun xăng đa điểm. Những hệ thống này trang bị vòi phun cho từng xy lanh của động cơ đặt gần van hút nhiệu, hòa trộn nhiên liệu với độ chính xác cao hơn và nhanh hơn.
KHI BẠN ĐẠP GA
Bàn đạp ga nối với “bướm ga” (throttle valve) – bướm ga là van điều chỉng lượng không khí cung cấp cho động cơ
khi bạn đạp ga van này mở ra cho không khí hút vào nhiền hơn. Cục ECU (Engine Control Unit) nhận biết độ mở bướm ga để điều chỉnh lượng xăng phun vào xy lanh. Việc điều chỉnh lượng xăng ngay lập tức khi bướm ga mở là cực kì quan trọng vì nếu không xy lanh sẽ không được cung cấp đủ xăng khi bạn nhớm đạp ga tạo cảm giác xe bị lì khi tăng tốc.
Các cảm biến theo dõi liên tục lượng không khí hút vào xy lanh cũng như lượng oxy thoát ra ở ống xả. Dựa vào các thông tin này, bộ ECU có thể điều chỉnh tỷ lệ hòa trộn nhiên liệu tối ưu cho động cơ.
VÒI PHUN NHIÊN LIỆU
Vòi phun nhiên liệu thực chất là một van điều khiển bằng điện tử. Một máy bơm bơm xăng đến van này. Van có khả năng đóng mở nhiều lần trong một giây.
khi vòi phun được kích điện, nó mở ra, xăng được bơm với áp suất cao qua đầu phun cực nhỏ. Đầu phun được thiết kế để phun xăng ra mịn như sương để đốt cháy dễ dàng hơn.
Bộ ECU tính toán lượng xăng phun vào bằng thời gian mở van. Van mở càng lâu lượng xăng càng nhiều.
Các vòi phun nhiên liệu được gắn sát ngay các xú páp hút của từng xy lanh. Một ống nhiên liệu chứa xăng nén cung cấp xăng cho các vòi phun
CÁC BỘ CẢM BIẾN
Để tối ưu tỉ lệ nhiên liệu hòa trộn trong mọi điều kiện làm việc của động cơ, ECU phải theo dõi và xử lí rất nhiều thông tin từ các cảm biến. Dưới đây là vài cảm biến quan trọng:
- Cảm biến lượng khí nạp – đo lượng không khí xy lanh hút vào
- Cảm biến ôxy – đo lượng ôxy trong khí thải để xác định nhiên liệu hòa trộn giàu xăng hay nghèo xăng để ECU hiệu chỉnh khi cần thiết.
- Cảm biến độ mở bướm ga – để ECU điều chỉnh lượng xăng phun vào phù hợp khi bạn đạp ga
- Cảm biến nhiệt độ động cơ – cho ECU biết nhiệt độ làm việc của động cơ
- Cảm biến hiệu điện thế ắc qui – để ECU bù ga khi bạn mở các thiết bị điện trong xe
- Cảm biến áp suất trong họng hút nhiên liệu – lượng không khí hút vào máy là chỉ số quan trọng để ECU đo công suất động cơ. Càng nhiều không khí đi vào xy lanh áp suất càng giảm vì vậy dựa vào số đo áp suất ECU sẽ xác định được cộng suất động cơ.
- Cảm biến đo vòng quay máy
Có 2 dạng phun đa điểm: tất cả các đầu phun cùng mở hoặc lần lượt từng đầu phun chỉ mở khi xy lanh của đầu phun đó bắt đầu kỳ hút (dạng này gọi là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm tuần tự - Sequential multi-port Fuel Injection) ưu điểm của dạng này là khi tài xế nhấn ga gấp hệ thống đáp ứng nhanh hơn nhiều vì chỉ cần đến khi xy lanh tiếp theo mở van hút nhiên liệu thay vì chờ vòng tua máy tiếp theo.
ECU VÀ CHIP TĂNG CÔNG SUẤT
Cơ chế điều khiển động cơ của ECU tương đối phức tạp. Phần mềm điều khiển phải làm động cơ giữ nồng độ khí thải ở mức cho phép cho 100,000 dặm, đạt tiêu chuẩn tiết kiệm nhiên liệu và bảo đảm độ bền động cơ. Ngoài ra còn hàng tá tiêu chuẩn ngặt ngèo khác nữa.
ECU dùng một công thức và rất nhiều bảng tìm kiếm (lookup tables) để xác định thời gian đóng mở vòi phun phù hợp với từng điều kiện vận hành cụ thể của động cơ. Thuật toán gồm rất nhiều chỉ số nhân với nhau. Đa số được tìm từ các bảng tìm kiếm. Chúng ta sẽ xem qua cách tính thời gian mở vòi phun đã được giản lược. Trong thí dụ này phương trình chỉ gồm 3 chỉ số trong thực tế có đến hàng trăm.
Thời gian mở van = Thời gian mở van tiêu chuẩn x chỉ số 1 x chỉ số 2
Trước tiên ECU tính tóan Thời gian mở van tiêu chuẩn bằng cách dựa trên số vòng quay động cơ và tải. ví dụ tốc độ động cơ là 2000 vòng phút, tải bằng 4, ECU sẽ chọn chỉ số giao nhau giữa 2 chỉ số này trong bảng tìm kiếm và đó là 8 mili giây
RPM Load
1 2 3 4 5
1,000 1 2 3 4 5
2,000 2 4 6 8 10
3,000 3 6 9 12 15
4,000 4 8 12 16 20
Cho A và B là 2 chỉ số khác từ các cảm biến, A là nhiệt độ động cơ, B là lượng ôxy đo được trong ống xả. nếu nhiệt độ là 100 và mức ôxy là 3, bảng tìm kiếm cho thấy A=0.8 và B= 1
A Factor A B Factor B
0 1.2 0 1.0
25 1.1 1 1.0
50 1.0 2 1.0
75 0.9 3 1.0
100 0.8 4 0.75
Từ đó suy ra 8 x 0.8 x 1 = 6.4 mili giây.
Qua thí dụ này ta thấy cách ECU tính tóan thời gian phun nhiên liệu tối ưu dựa vào rất nhiều yếu tố. trong thực tế, ECU phải sử lí hơn 100 chỉ số như vậy để tính toán thời gian phun xăng tối ưu. Nhiều chỉ số thay đổi liên tục trong quá trình vận hành, và tùy thuộc vào tốc độ động cơ, ECU phải thực hiện phép tính này hàng trăm lần trong một giây.
Bây giờ chúng ta đã đi qua phần cách tính toán của ECU, ta sẽ dễ dàng hiểu làm thế nào một chip công suất (performance chip) có thể tăng công suất động cơ.
Thông thường các chip này được sản xuất bởi một hãng thứ 3. Chip công suất này thay thế chip nhớ có sẵn trong ECU chứa tòan bộ các bảng tìm kiếm. giá trị trong các bảng tìm kiếm này được sửa đổi để tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ hoặc thay đổi thời điểm đánh lửa nhằm tăng tối đa công suất. Chip được thiết kế sao cho động cơ đạt công suất cao nhất nhưng không “màng” đến các vấn đề khác như nồng độ khí thải, tính ổn định, tính kinh tế điều mà các nhà sản xuất ôtô phải đặc biệt chú trọng.
(theo www.howstuffworks.com)
Kỳ tới DẪN ĐỘNG 4 BÁNH – FOUR WHEEL DRIVE (4WD)
BCHK hiện diện trong hầu hết động cơ đốt trong trong vai trò cung cấp nhiên liệu (hỗn hợp hòa trộn giữa xăng và không khí theo tỉ lệ nhất định). Nhưng khi nghành công nghiệp ôtô phát triển BCHK càng ngày càng phức tạp hơn để đáp ứng yêu cầu vận hành động cơ một cách có hiệu quả nhất. Thí dụ để cung cấp nhiên liệu cho một động cơ, BCHK phải có 5 mạch hòa trộn nhiên liệu để cung cấp cho 5 chế độ vận hành cơ bản sau:
- Mạch chính – cung cấp nhiên liệu với tỉ lệ tối ưu khi chạy đường trường
- Mạch cầm chừng (ga răng ti) – khi động cơ không tải
- Mạch tăng tốc – cung cấp thêm nhiên liệu khi người lái chớm đạp ga để xe “vọt” hơn
- Mạch tải nặng – cung cấp nhiên liệu giàu xăng hơn khi xe lên dốc cao hoặc kéo rờ mọoc
- E (choke) – để dễ khởi động khi máy còn lạnh.
Để đáp ứng luật bảo vệ môi trường ngày càng khắt khe, khi BCHK có quá nhiều khiếm khuyết và trở nên quá phức tạp, các nhà sản xuất ôtô bắt buộc phải tìm các giải pháp thay thế (lời người dịch)
Đầu tiên, hệ thống phun xăng đơn điểm được giới thiệu. Hệ thống này dùng vòi phun nhiên liệu điều khiển bằng điện tử. Hệ thống này thực chất là gắn thêm một vòi phun nhiên liệu cho BCHK nhằm giảm thiểu những thay đổi trong thiết kế động cơ.
Sau đó, khi thiết kế các động cơ mới, các nhà sản xuất đưa vào động cơ của họ hệ thống phun xăng đa điểm. Những hệ thống này trang bị vòi phun cho từng xy lanh của động cơ đặt gần van hút nhiệu, hòa trộn nhiên liệu với độ chính xác cao hơn và nhanh hơn.
KHI BẠN ĐẠP GA
Bàn đạp ga nối với “bướm ga” (throttle valve) – bướm ga là van điều chỉng lượng không khí cung cấp cho động cơ
khi bạn đạp ga van này mở ra cho không khí hút vào nhiền hơn. Cục ECU (Engine Control Unit) nhận biết độ mở bướm ga để điều chỉnh lượng xăng phun vào xy lanh. Việc điều chỉnh lượng xăng ngay lập tức khi bướm ga mở là cực kì quan trọng vì nếu không xy lanh sẽ không được cung cấp đủ xăng khi bạn nhớm đạp ga tạo cảm giác xe bị lì khi tăng tốc.
Các cảm biến theo dõi liên tục lượng không khí hút vào xy lanh cũng như lượng oxy thoát ra ở ống xả. Dựa vào các thông tin này, bộ ECU có thể điều chỉnh tỷ lệ hòa trộn nhiên liệu tối ưu cho động cơ.
VÒI PHUN NHIÊN LIỆU
Vòi phun nhiên liệu thực chất là một van điều khiển bằng điện tử. Một máy bơm bơm xăng đến van này. Van có khả năng đóng mở nhiều lần trong một giây.
khi vòi phun được kích điện, nó mở ra, xăng được bơm với áp suất cao qua đầu phun cực nhỏ. Đầu phun được thiết kế để phun xăng ra mịn như sương để đốt cháy dễ dàng hơn.
Bộ ECU tính toán lượng xăng phun vào bằng thời gian mở van. Van mở càng lâu lượng xăng càng nhiều.
Các vòi phun nhiên liệu được gắn sát ngay các xú páp hút của từng xy lanh. Một ống nhiên liệu chứa xăng nén cung cấp xăng cho các vòi phun
CÁC BỘ CẢM BIẾN
Để tối ưu tỉ lệ nhiên liệu hòa trộn trong mọi điều kiện làm việc của động cơ, ECU phải theo dõi và xử lí rất nhiều thông tin từ các cảm biến. Dưới đây là vài cảm biến quan trọng:
- Cảm biến lượng khí nạp – đo lượng không khí xy lanh hút vào
- Cảm biến ôxy – đo lượng ôxy trong khí thải để xác định nhiên liệu hòa trộn giàu xăng hay nghèo xăng để ECU hiệu chỉnh khi cần thiết.
- Cảm biến độ mở bướm ga – để ECU điều chỉnh lượng xăng phun vào phù hợp khi bạn đạp ga
- Cảm biến nhiệt độ động cơ – cho ECU biết nhiệt độ làm việc của động cơ
- Cảm biến hiệu điện thế ắc qui – để ECU bù ga khi bạn mở các thiết bị điện trong xe
- Cảm biến áp suất trong họng hút nhiên liệu – lượng không khí hút vào máy là chỉ số quan trọng để ECU đo công suất động cơ. Càng nhiều không khí đi vào xy lanh áp suất càng giảm vì vậy dựa vào số đo áp suất ECU sẽ xác định được cộng suất động cơ.
- Cảm biến đo vòng quay máy
Có 2 dạng phun đa điểm: tất cả các đầu phun cùng mở hoặc lần lượt từng đầu phun chỉ mở khi xy lanh của đầu phun đó bắt đầu kỳ hút (dạng này gọi là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm tuần tự - Sequential multi-port Fuel Injection) ưu điểm của dạng này là khi tài xế nhấn ga gấp hệ thống đáp ứng nhanh hơn nhiều vì chỉ cần đến khi xy lanh tiếp theo mở van hút nhiên liệu thay vì chờ vòng tua máy tiếp theo.
ECU VÀ CHIP TĂNG CÔNG SUẤT
Cơ chế điều khiển động cơ của ECU tương đối phức tạp. Phần mềm điều khiển phải làm động cơ giữ nồng độ khí thải ở mức cho phép cho 100,000 dặm, đạt tiêu chuẩn tiết kiệm nhiên liệu và bảo đảm độ bền động cơ. Ngoài ra còn hàng tá tiêu chuẩn ngặt ngèo khác nữa.
ECU dùng một công thức và rất nhiều bảng tìm kiếm (lookup tables) để xác định thời gian đóng mở vòi phun phù hợp với từng điều kiện vận hành cụ thể của động cơ. Thuật toán gồm rất nhiều chỉ số nhân với nhau. Đa số được tìm từ các bảng tìm kiếm. Chúng ta sẽ xem qua cách tính thời gian mở vòi phun đã được giản lược. Trong thí dụ này phương trình chỉ gồm 3 chỉ số trong thực tế có đến hàng trăm.
Thời gian mở van = Thời gian mở van tiêu chuẩn x chỉ số 1 x chỉ số 2
Trước tiên ECU tính tóan Thời gian mở van tiêu chuẩn bằng cách dựa trên số vòng quay động cơ và tải. ví dụ tốc độ động cơ là 2000 vòng phút, tải bằng 4, ECU sẽ chọn chỉ số giao nhau giữa 2 chỉ số này trong bảng tìm kiếm và đó là 8 mili giây
RPM Load
1 2 3 4 5
1,000 1 2 3 4 5
2,000 2 4 6 8 10
3,000 3 6 9 12 15
4,000 4 8 12 16 20
Cho A và B là 2 chỉ số khác từ các cảm biến, A là nhiệt độ động cơ, B là lượng ôxy đo được trong ống xả. nếu nhiệt độ là 100 và mức ôxy là 3, bảng tìm kiếm cho thấy A=0.8 và B= 1
A Factor A B Factor B
0 1.2 0 1.0
25 1.1 1 1.0
50 1.0 2 1.0
75 0.9 3 1.0
100 0.8 4 0.75
Từ đó suy ra 8 x 0.8 x 1 = 6.4 mili giây.
Qua thí dụ này ta thấy cách ECU tính tóan thời gian phun nhiên liệu tối ưu dựa vào rất nhiều yếu tố. trong thực tế, ECU phải sử lí hơn 100 chỉ số như vậy để tính toán thời gian phun xăng tối ưu. Nhiều chỉ số thay đổi liên tục trong quá trình vận hành, và tùy thuộc vào tốc độ động cơ, ECU phải thực hiện phép tính này hàng trăm lần trong một giây.
Bây giờ chúng ta đã đi qua phần cách tính toán của ECU, ta sẽ dễ dàng hiểu làm thế nào một chip công suất (performance chip) có thể tăng công suất động cơ.
Thông thường các chip này được sản xuất bởi một hãng thứ 3. Chip công suất này thay thế chip nhớ có sẵn trong ECU chứa tòan bộ các bảng tìm kiếm. giá trị trong các bảng tìm kiếm này được sửa đổi để tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ hoặc thay đổi thời điểm đánh lửa nhằm tăng tối đa công suất. Chip được thiết kế sao cho động cơ đạt công suất cao nhất nhưng không “màng” đến các vấn đề khác như nồng độ khí thải, tính ổn định, tính kinh tế điều mà các nhà sản xuất ôtô phải đặc biệt chú trọng.
(theo www.howstuffworks.com)
Kỳ tới DẪN ĐỘNG 4 BÁNH – FOUR WHEEL DRIVE (4WD)
Chủ đề tương tự
.
