Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ ô tô và nhu cầu ngày càng tăng về hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu, việc nghiên cứu và tìm hiểu về cách hoạt động, cấu tạo, cũng như vấn đề thường gặp trong bơm xăng và điều áp ô tô trở nên hết sức cần thiết. Đề tài này không chỉ giúp ta hiểu rõ về nguyên lý hoạt động của hệ thống này mà còn mở ra cơ hội nghiên cứu và đề xuất những giải pháp cải tiến, tối ưu hóa hiệu suất và đồng thời nâng cao độ tin cậy của hệ thống.
1. Cấu tạo của bơm xăng:
Tuỳ theo nhà chế tạo và năm sản xuất mà bơm xăng được đặt trong hoặc ngoài thùng xăng. Hiện nay, bơm xăng sử dụng cho các hệ thống phun xăng có hai loại: Loại cánh và loại con lăn. Hai loại này còn gọi là bơm kiểu ướt vì motor và bộ phận bơm được đặt trong vỏ bọc, vỏ bọc này luôn luôn chứa đầy xăng, nhằm mục đích làm mát khi bơm xăng hoạt động.
a. Loại bơm cánh:
Loại bơm này thường được đặt trong thùng xăng. So với loại con lăn thì loại này có ưu điểm là ít gây tiếng ồn và không tạo ra dao động áp suất trong mạch nhiên liệu nên được dùng rộng rãi. Bơm này được cấu tạo bởi các thành phần sau:động cơ điện; bộ phận công tác của bơm; van kiểm tra (van một chiều); van giảm áp và lọc.
1-Giắc nối; 2-Đầu nối với ống dẫn xăng ra; 3-Van một chiều; 4-Chổi điện; 5-Động cơ điện; 6-Bộ công tác; 7-Đầu nối với ống dẫn xăng vào.
– Động cơ điện: là động cơ điện một chiều.
– Bánh công tác: có từ 1 ÷ 2 cánh, quay nhờ động cơ điện. Khi động cơ điện quay bánh công tác sẽ hút xăng từ cửa vào đưa đến cửa ra. Sau khi đi qua cửa vào xăng sẽ đi quanh động cơ điện và đến van một chiều.
– Van một chiều: van một chiều sẽ đóng khi bơm ngừng làm việc. Tác dụng của nó là giữ cho áp suất trong đường ống ở một giá trị nhất định, giúp cho việc khởi động lại động cơ dễ dàng. Nếu áp suất trong mạch không được giữ, do nhiên liệu bốc hơi hoặc quay về thùng thì việc khởi động lại động cơ sẽ rất khó.
– Van an toàn: van làm việc khi áp suất ra vượt quá giá trị quy định. Van này có tác dụng bảo vệ mạch nhiên liệu khi áp suất vượt quá giới hạn cho phép (trong trường hợp tắc đường ống chính).
– Lọc xăng: Dùng để lọc cặn bẩn trong nhiên liệu được gắn trước bơm.
b. Loại bơm con lăn:
Loại này được đặt bên ngoài thùng xăng và luôn gắn gần thùng để hiệu suất của bơm được cao hơn. Cấu tạo bơm này gồm các thành phần sau:Động cơ điện một chiều; bộ phận công tác của bơm; van giảm áp và van một chiều.
Hoạt động của động cơ điện, van giảm áp và van một chiều giống như bơm cánh quạt.
Riêng bộ phận bơm là một buồng rỗng hình tru, trong đó có một đĩa lệch tâm có các con lăn trong các rãnh. Khi có dòng điện chạy qua, động cơ điện quay kéo đĩa lệch tâm quay. Dưới tác dụng của lực ly tâm, các con lăn bị ép ra ngoài tạo một đệm xoay vòng liên tục làm tăng thể tích ở cửa vào và giảm thể tích cửa ra. Nhờ đó xăng được hút vào ở đường xăng vào A và đẩy ra ở đường xăng ra B.
c. Sơ đồ mạch điện điều khiển bơm xăng:
Bơm xăng có thể được điều khiển theo 3 cách:
– Không qua hộp ECU động cơ như ở hệ thống phun xăng với bộ đo lưu lượng không khí kiểu trượt trên xe TOYOTA.
– Qua hộp ECU động cơ nhưng hoạt động theo nguyên lý ON – OFF .
– Qua hộp ECU động cơ điều khiển thay đổi tốc độ quay của bơm xăng (hai cấp độ: cao và thấp).
2. Mạch điều khiển bơ xăng không qua ECU:
Bơm xăng dùng cho hệ thống phun xăng sử dụng bộ đo lưu lượng không khí kiểu trượt trên xe Toyota chỉ làm việc khi động cơ hoạt động. Đó là một đặc điểm an toàn cho hệ thống. Khi khởi động động cơ, dòng điện từ ắc qui đi qua khóa điện đến cuộn dây L2của rơ le bơm xăng đến mát, tạo lực hút tiếp điểm của rơ le bơm xăng làm bơm xăng quay. Đồng thời, khi khởi động động cơ cánh đo của cảm biến đo lưu lượng không khí cũng di chuyển khỏi vị trí ban đầu (nhờ dòng khí hút vào động cơ) và đóng tiếp điểm bơm xăng bố trí trong cảm biến đo lưu lượng không khí. Vì thế ở cuộn dây L1 của rơ le bơm xăng cũng có dòng điện chạy qua tạo thêm lực hút để đóng tiếp điểm của rơ le bơm xăng. Khi động cơ đã nổ, khoá điện trả về vị trí IG (vị trí ON) thì cuộn dây L2 của bơm xăng bị ngắt điện chỉ còn cuộn L1 giữ cho tiếp điểm vẫn đóng và bơm xăng tiếp tục hoạt động.
3. Mạch điều khiển bơm xăng qua ECU động cơ hoạt động theo nguyên lý ON – OFF:
Nguyên lý hoạt động tương tự như loại ở trên, chỉ khác nhau ở tín hiệu điều khiển bơm xăng. Khi khởi động động cơ, ECU nhận tín hiệu tốc độ động cơ (NE) để điều khiển transitor mở cho dòng điện qua cuộn L2 của rơ le bơm xăng qua transistor về mát tạo lực hút để đóng tiếp điểm rơ le bơm xăng. Khi khoá điện trả về vị trí IG dòng tiếp tục qua cuộn L1 và bơm xăng tiếp tục hoạt động. Khi bật khóa điện từ vị trí OFF sang vị trí ON, ECU sẽ điều khiển bơm xăng hoạt động trong khoảng 2s để giữ cho áp lực xăng trên đường ống ổn định trước khi khởi động. Trên giắc chẩn đoán còn được bố trí đầu +B và FP giúp nối mạch bơm xăng mà không cần động cơ nổ.
4. Mạch điều khiển bơm xăng qua ECU động cơ để điều khiển tốc độ quay của bơm xăng:
a. Ở tốc độ thấp:
Khi động cơ đang chạy ở tốc độ cầm chừng hoặc ở điều kiện tải nhẹ, ECU điều khiển transistor mở, có dòng: từ ắc qui → rơ le chính → rơ le mở mạch → cuộn dây của rơ le điều khiển bơm → transitor → mát, tạo lực hút làm đóng tiếp điểm B, cung cấp điện cho động cơ điện của bơm xăng hoạt động qua điện trở R. Lúc này bơm xăng quay ở tốc độ thấp, chỉ cung cấp lượng xăng cần thiết phù hợp với tốc độ chạy cầm chừng của động cơ.
b. Ở tốc độ cao:
Khi động cơ đang chạy ở tốc độ cao hoặc tải nặng, ECU sẽ điều khiển transitor đóng lại, ngắt dòng qua cuộn dây của rơ le điều khiển bơm. Tiếp điểm được trả về vị trí A, cung cấp dòng trực tiếp đến bơm. Nhờ vậy bơm quay với vận tốc nhanh để cung cấp lượng xăng cần thiết cho chế độ làm việc này của động cơ.
5. Bộ giảm dao động áp suất nhiên liệu trên ống dẫn:
Áp suất nhiên liệu được duy trì ở 2,55 – 2,9 kgf/cm2 tùy theo độ chân không trên đường ống nạp bằng bộ điều áp. Tuy nhiên, vẫn có sự dao động áp suất trên đường ống do quá trình phun nhiên liệu không liên tục. Bộ giảm dao động áp suất nhiên liệu trên ống dẫn có tác dụng hấp thụ các dao động này bằng một lớp màng.
Bộ giảm dao động áp suất nhiên liệu trên ống dẫn
Bộ ổn định áp suất (điều áp)
Bộ ổn định áp suất có công dụng ổn định áp suất nhiên liệu đến các vòi phun. Lượng phun nhiên liệu được điều khiển bằng xung điều khiển các vòi phun. Mặc dù vậy, do sự thay đổi độ chân không trong đường ống nạp, lượng nhiên liệu phun ra sẽ thay đổi và phụ thuộc vào lực hút ở đáy kim nếu áp suất nhiên liệu trên đầu kim không đổi. Do đó, để đạt được lượng phun nhiên liệu chính xác, độ chênh áp giữa đầu kim và đáy kim phải được giữ không đổi.
Hoạt động:
Nhiên liệu có áp suất từ ống phân phối sẽ tác động vào màng của bộ điều áp làm mở van. Một phần nhiên liệu sẽ chảy trở lại bình chứa qua đường ống hồi. Lượng nhiên liệu trở về phụ thuộc vào độ căng của lò xo 2. Áp suất nhiên liệu cũng thay đổi theo lượng nhiên liệu hồi.
Áp suất trên đường ống nạp được dẫn vào buồng phía lò xo 2, làm giảm sức căng lò xo và tăng lượng nhiên liệu hồi khiến áp suất giảm. Nói tóm lại, khi độ chân không của đường nạp tăng lên (áp suất giảm), áp suất nhiên liệu chỉ giảm tương ứng với sự giảm áp suất đó. Vì vậy độ chênh áp suất giữa đầu kim và đáy kim được giữ ổn định.
Bộ điều áp
1-Đầu nối với đường ống nạp; 2-Lò xo; 3-Van giữ; 4-Màng ngăn; 5-Van; 6-Nhiên liệu vào; 7-Nhiên liệu hồi.
Van tự động đóng lại nhờ lò xo 2 khi bơm nhiên liệu ngừng hoạt động. Kết quả là van một chiều bên trong bơm nhiên liệu và van bên trong bộ điều áp duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu.
Thông qua quá trình nghiên cứu, chúng ta đã có cái nhìn sâu sắc về cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như những vấn đề thường gặp trong bơm xăng và điều áp. Điều này là quan trọng để giải quyết những thách thức liên quan đến lưu lượng và áp suất nhiên liệu, đồng thời cũng mở ra những khả năng nghiên cứu để cải tiến hiệu suất và tiết kiệm năng lượng. Nghiên cứu về bơm xăng và điều áp không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các thành phần cơ bản của xe ô tô mà còn mang lại cơ hội để ứng dụng những kiến thức này trong việc phát triển công nghệ ô tô tiên tiến hơn. Với sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp ô tô, việc nắm vững kiến thức về hệ thống nhiên liệu sẽ giúp ta không chỉ duy trì mà còn nâng cao chất lượng và hiệu suất của các loại xe ô tô trong tương lai.
