điều khiển quá trình cháy
trong động cơ phun xăng điện tử
TS. Nguyễn Duy tiến
Bộ môn Động cơ đốt trong - ĐH GTVT
Tóm tắt: Bi báo trình by cơ sở lý thuyết để nghiên cứu sử dụng v điều chỉnh động cơ
ô tô đạt hiệu quả cao nhất, lựa chọn nhiên liệu thích hợp cho động cơ ô tô sử dụng ở Việt Nam
v giới thiệu kết quả nghiên cứu cải tiến động cơ phun xăng điện tử thế hệ mới của Nhật Bản.
Summary: The electronic fuel injection (EFI), multiple point injection MPI, gasoline direct
injection (GDI) engine has been developed by employging stratified charge, ultra lean
combustion technology based on unique engine techniques in the field of cylinder motion and
combustion control.
Not only extreme improvement of fuel economy was achieved by ultra lean combustion,
but also high power was attained by preparing homogeneous mixture of high load operation.

1. Đặt vấn đề
Các chỉ tiêu công suất và kinh tế của
động cơ đốt trong thay đổi theo áp suất, nhiệt
độ và độ ẩm của không khí môi trờng xunh
quanh. Động cơ đốt trong làm việc ở điều kiện
môi trờng Việt Nam có độ ẩm cao thì công
suất giảm, suất tiêu hao nhiên liệu tăng và
tăng thành phần khí xả độc hại. Đối với động
cơ xăng nguyên nhân chủ yếu làm giảm lợng
nạp hỗn hợp là nhiệt độ cao. Ngoài ra còn phụ
thuộc vào hệ thống cấp dẫn nhiên liệu (các-
bua-ra-tơ, hệ thống phun xăng điện tử)
Mặt khác nhiệt độ và độ ẩm cao của
không khí nạp cũng gây ảnh hởng rất nhiều

Các chuyên gia ngành động cơ nói riêng
và ngành ôtô nói chung trớc mắt cần tập
trung nghiên cứu giải quyết hai hớng chính
sau:
1. Nghiên cứu sử dụng và điều chỉnh máy
đạt hiệu quả cao nhất.
2. Lựa chọn nhiên liệu thích hợp (sử dụng
xăng không chì, xăng có pha mêtanol,
autogas).
Dới đây trình bày cơ sở lý thuyết để giải
quyết hai hớng nghiên cứu kể trên nhằm sử
dụng động cơ đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật
cao nhất.
II. Điều khiển quá trình cháy khi sử
dụng phun xăng điện tử (Elec-
tronic fuel injection EFI)
Sự cháy trong động cơ là một hiện tợng
hết sức phức tạp xảy ra trong khoảnh khắc với
không gian nhỏ bị xáo trộn dữ dội và thay đổi
liên tục với hỗn hợp có thành phần hoá học,
áp suất, nhiệt độ khác nhau.
Các nhân tố trên không ngừng tác động
tới quá trình cháy. Cụ thể là làm tăng tốc độ
phân nhánh, bẻ gãy các phản ứng dây chuyền,
các hợp chất cac-bua-hyđrô của nhiên liệu với
ôxy trong không khí. Đồng thời hiện tợng phân
ly và tái hợp sản phẩm cháy luôn xảy ra.
Nghiên cứu quá trình cháy trong động cơ
hết sức khó khăn, đến nay chủ yếu vẫn là
nghiên cứu thực nghiệm.









(2)
Chỉ tiêu m đặc trng cho sự phát triển
của quá trình cháy theo thời gian t hoặc theo
góc quay trục khuỷu . Trị số m =1,5 ứng với
quá trình cháy trong động cơ một cách có lợi
nhất. Điều này có thể đạt đợc khi phối hợp
khéo léo các nhân tố cấu trúc nh góc đánh
lửa sớm , thành phần hỗn hợp , loại nhiên
liệu và đặc tính của nhiên liệu.
Thực nghiệm chứng tỏ rằng quá trình
cháy xảy ra có lợi nhất khi pha cháy cơ bản
(giai đoạn 2 của quá trình cháy trong động cơ
xăng) phân bố đối xứng qua điểm chết trên
(ĐCT). Kết luận này cho phép điều khiển quá
trình cháy trở nên đơn giản hơn bằng cách
điều chỉnh các-bua-ra-tơ hoặc đặt lại chơng
trình phun cho hệ thống phun xăng điện tử.
Dựa vào đồ thị khai triển (nhờ máy dao
động ký đặc biệt trong phòng thí nghiệm động
cơ).
Khi pha cơ bản của quá trình cháy phân
bố đối xứng qua ĐCT các yếu tố lý hoá, khả

2
4
t
6
CO %
a) b)
Hình 1. Hiệu quả của bộ điều chỉnh tự động theo nhiệt độ môi trờng:
a) Đặc tính ngoi của động cơ khi có v không có bộ phận tự động điều chỉnh theo nhiệt độ khí hậu;
b) Thnh phần CO trong khí xả của động cơ khi có
v không có bộ phận tự động điều chỉnh theo nhiệt độ khí hậu.
Độ ẩm của không khí nạp vào mùa xuân
làm kéo dài thời kỳ cháy trễ
1
,i và thời gian
cháy nói chung. Cùng với sự tăng độ ẩm thì
đồ thị chỉ thị của động cơ bị dịch chuyển và
biến đổi, pha cơ bản
2
bị lệch khỏi vị trí đối
xứng qua ĐCT, trị số áp suất cao nhất P
zmax

và nhiệt độ T
zmax
của chu trình giảm, đồng thời
vị trí của chúng càng rời xa ĐCT. Quá trình
cháy kéo dài trên đờng dãn nở, nồng độ CO
và C
n
H


Hình 2. Tác động của góc

tới quá trình cháy.
U
ch
= U
x
V
VV
2

















1
T











(4)
U
ch
- tốc độ di chuyển màng lửa về phía
trớc;

U
x
- tốc độ xoáy lốc của màng lửa;
U
th
= U
ch
+ U
x
- tốc độ lan tràn của màng
lửa có thể thấy đợc;
(Các phơng án trên xác định bằng
phơng pháp chụp ảnh quá trình cháy hoặc
bằng phơng pháp Ion hoá).

(nhiệt độ và độ ẩm).
III. Sử dụng loại xăng phù hợp
Hiện nay nớc ta đã thay thế xăng không
chì. Nhng khi sử dụng ta cũng cần xem xét
một số yếu tố sau:
- Cần phải chống ẩm cho các loại nhiên
liệu vì lợng nớc có thể hoà tan vào trong
xăng tỷ lệ thuận với độ ẩm tơng đối của
không khí môi trờng: C = C
max
%.
- Nếu nhiệt độ của nhiên liệu và không
khí không khác nhau mấy thì lợng nớc có
trong xăng bằng lợng nớc có trong không
khí.
- Trong điều kiện độ ẩm cao có thể dùng
nhiên liệu có chứa oxy nh hỗn hợp xăng với
êtanol, mêtanol sẽ có tác dụng tăng công suất
động cơ.
Gần đây, ở Mỹ đã dùng thiết bị phân tích
hyđrô từ nớc để trộn thêm vào không khí.
Nhiên liệu cháy tốt làm tăng công suất, giảm
CO và C
n
H
m
. Phơng pháp Ion hoá khí bằng
trộn , rồi đa thêm vào ống nạp cũng mang
lại kết quả tốt.
IV. Giải quyết theo hớng cải tiến

0
2000
e

(kg.m)
2
6000
8000 v/p
m
- Sử dụng bơm xăng có áp suất cao để
cung cấp xăng qua vòi phun vào buồng cháy.
- Sử dụng vòi phun có kim phun hình chốt
kiểu xoáy và phun với áp suất cao.
10%
1
N e (ml)
2 mpi
1 gdi
10%
Vì vậy dòng không khí vào xi-lanh sẽ
chuyển động thẳng đứng từ xupáp nạp đến
phần lõm trên đỉnh pittông, kéo chùm trả
nhiên liệu vận động xoáy lốc khi ra khỏi vòi
phun chuyển động khắp trong buồng máy của
động cơ. Mặt khác động cơ phun xăng trực
tiếp GDI còn có thể điều khiển đợc thời điểm
phun nhiên liệu ở hai chế độ mô men và công
suất.
ở chế độ mô men (có tính kinh tế cao)
nhiên liệu đợc phun ở cuối kì nén với = 40
Hình 4. So sánh công suất v mô men giữa
động cơ MPI v GDI
3. Về ô nhiễm môi trờng
Do kết hợp hai yếu tố là nâng cao hiệu
quả cháy ở những chế độ hỗn hợp nhạt với tỷ
số A/F cao và động cơ đợc trang bị thêm bộ
lọc 3 lớp để hấp thụ NO
x
thải ra môi trờng
giảm đáng kể khoảng 9,7%.
V. Kết luận
Động cơ phun xăng điện tử EFI gồm MPI
và GDI sử dụng rất nhiều các thành tựu kỹ
thuật điện tử, vi điện tử và điều khiển điện tử
là xu hớng tất yếu của nghành chế tạo ôtô
thế giới vì chúng có thể điều khiển đợc tối u
hoá các quá trình cháy phù hợp với các chế
độ làm việc của động cơ do đó đáp ứng đợc
tính kinh tế cao và không gây ô nhiễm môi
trờng.
Tài liệu tham khảo
[1]. Internal Combustion Engine Khovak 1990
[2]. Contruction and Dising of Motor Vehicle
Engines.
[3]. Mixture Formation in spark Ignition Engines.