Để đảm bảo yêu cầu về khí thải cũng như độ ô nhiễm môi trường, suốt thời gian qua, các hệ thống nhiên liệu trong xe hiện nay đã thay đổi rất nhiều.

Năm 1990, chiếc Justy của Subaru đặt dấu chấm hết cho sự tồn tại sau rất nhiều năm của bộ chế hòa khí tại Mỹ, thay thế vào đó là hệ thống phun xăng. Thực tế, hệ thống phun xăng đã bắt đầu manh nha từ những năm 50, và cho đến năm 1980 thì hệ thống phun xăng điện tử đã được sử dụng rộng rãi ở các xe có xuất xứ từ Châu Âu.

Tuy vậy, không thể phụ nhận vai trò quan trọng của bộ chế hòa khí trong lịch sử ngành công nghiệp sản xuất ô tô. Bộ chế hòa khí đóng vai trò là bộ phận cung cấp nhiên liệu trong động cơ đốt trong. Cùng với sự phát triển của nền công nghiệp sản xuất ô tô, bộ chế hòa khí cũng ngày càng được phức tạp hóa hơn, để đảm bảo động cơ hoạt động một cách hiệu quả nhất. Về cơ bản, bộ chế hòa khí có 5 chế độ vòng hoạt động chính:

Bàn đạp ga trên xe được nối với van tiết liệu, van có nhiệm vụ điều chỉnh lượng không khí cung cấp cho động cơ. Khi bàn đạp ga được nhấn, van tiết liệu mở ra cho không khí hút vào nhiều hơn. Lúc đó, bộ phận điều khiển động cơ ECU sẽ nhận biết được độ mở của van tiết liệu, để điều chỉnh lượng xăng phun vào động cơ. Khi van tiết liệu mở, cần lập tức điều chỉnh lượng xăng để động cơ được cung cấp đủ xăng, nếu không khi khởi động, xe sẽ có cảm giác bị ngắc.

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.

Ống phun nhiên liệu

Ống phun nhiên liệu là một van điều khiển bằng điện tử. Thông qua một máy bơm nhiên liệu, vòi phun được cung cấp xăng đã điều áp. 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 phun xăng mịn như sương để đốt cháy dễ dàng.

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 ống hút của động cơ. Một ống nhiên liệu chứa xăng nén cung cấp xăng cho các vòi phun.

Cảm biến động cơ

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 một vài cảm biến quan trọng:

– Cảm biến lượng khí nạp để đo lượng không khí xy lanh hút vào.

– Cảm biến ôxy đo lượng ôxy trong khí thải nhằm xác định nhiên liệu hòa trộn thừa hay thiếu xăng để ECU hiệu chỉnh khi cần thiết.

– Cảm biến vị trí van tiết liệu để ECU điều chỉnh lượng xăng phun vào phù hợp khi đạp ga .

– Cảm biến nhiệt độ chất lỏng động cơ cho ECU biết nhiệt độ làm việc của động cơ.

– Cảm biến hiệu điện thế để ECU bù ga khi mở các thiết bị điện trong xe.

– Cảm biến áp suất ống tiết 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 công suất động cơ.

– Cảm biến tốc độ động cơ dùng giám sát tốc độ, một trong các nhân tố để tính toán xung độ.

Phun đa điểm có 2 kiểu phun: 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 (hệ thống phun nhiên liệu đa điểm liên tiếp). Ưu điểm của dạng này là khi 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 quay máy kế tiếp.

Các thuật toán dùng để điều khiển động cơ khá phức tạp. Phần mềm giữ cho xe có nồng độ khí thải ở mức cho phép trong 100.000 dặm, đạt tiêu chuẩn tiết kiệm nhiên liệu EPA và bảo đảm độ bền động cơ. Ngoài ra còn rất nhiều các yêu cầu khác.

Số vòng/phút
Tải trọng

Bộ phận điều khiển động cơ ECU sử dụng công thức và các bảng tra 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 tra. Ví dụ:

Thời gian mở van = Thời gian mở van tiêu chuẩn x hệ số A x hệ số B.

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, hệ số giao nhau giữa 2 hệ số trong bảng tra là 8 mili giây.

Cho C và D là các thông số cảm biến, C là nhiệt độ động cơ, D là lượng ôxy đo được trong ống xả.

Nếu nhiệt độ là 100 và mức ôxy là 3, dựa vào bảng tra ta có A=0.8 và B= 1.

C

A

D

B

Suy ra 8 x 0.8 x 1 = 6.4 mili giây.

Từ đó ta thấy, cách ECU tính toán thời gian phun nhiên liệu tối ưu dựa vào rất nhiều yếu tố. Trong thực tế, ECU phải xử lý hơn 100 thông số như thế để tính toán thời gian phun xăng tối ưu. Nhiều thông 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.

Các chip tăng công suất

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 toàn bộ các bảng tra. Giá trị trong các bảng tra mới 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 lại bỏ qua các vấn đề về nồng độ khí thải, tính ổn định, tính kinh tế, điều mà các nhà sản xuất cũng như người tiêu dùng quan tâm.

LINk: