Khai thác hệ thống phun xăng điện tử dòng xe BMW. Xây dựng mô hình phun xăng đánh lửa điện tử

Khoá luận tốt nghiệp chuyên nghành Cơ khí ô tô với Đề tài “Khai thác hệ thống phun xăng điện tử dòng xe BMW. Xây dựng mô hình phun xăng đánh lửa điện tử.” là kết quả của quá trình cố gắng không ngừng nghỉ của bản thân và sự giúp đỡ tận tình, động viên của thầy cô, bạn bè và người thân. Qua đây, em xin cảm ơn chân thành đến những người giúp đỡ em trong thời gian học tập – nghiên cứu khoa học vừa qua.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM

Mã sinh viên: 19H1080113 Lớp: CO19CLCC

PHIÊU GLAO À TÀI Ò ÁN TÚT NGHIÆP (Phi¿u này °ãc óng ß trang §u tiên cça quyên báo cáo Thuy¿t minh LVTNATN)

1 HÍ và tên sinh viên/nhóm sinh viên °ãc giao à tài:

MSSV: 19H1080113

NguyÅn Vn Hùng

Ngành : Kù thu-t ô tô

Chuyên ngành : C¡ khí ô tô

2 Tên Á tài : Khai thác hÇ thÑng phun xng iÇn të dòng xe BMW Xây dyng mô

hình hÇ thÑng phun xng ánh lía iÇn tí

3 Các dï liÇu ban §u :

4 Các yêu c§u chç y¿u :

5 K¿t quã tÑi thiÃu ph£i có:

1) Thuy¿t minh LVTN/ATN theo nÙi dung Á tài °ãc giao (trên 65 trang);

(Ký và ghi rõ hÍ tÙn)

TS NGUYÂN THÀNH SA

•

•

•

(Ph i iu nay QU(JC ilong sau Phiiu giao aJ tai cua quy i n bao c ao LVTN )

xang drum lira di~n nr

3 Nhin xet :

a) Nhimg kit qua i/pt i/u-(lc cua LVTN:

n ,:; , /1 1 .d d , :

~ d 4.~ ~ ";

· ·· · · · ··· · ···· · · ··· · ··· · ··· ·n ··· ··r;,r ···f : / ~··· · ·· ·· ·· · ·· ·· · ··· · ··· ··

··· · ··· · ··· · ··· ··· · ···· · · ·· · · µ · ·· · ·· fi¥~ µ.«.r ~r.:f

b) Nhimg h{ln chi cua L VTN: · ·· · ··· · ·· · ··· ··· ··· ~ ·· ·; ··· · ·· fl: · ~1:; ·· ··~ ··· · ···· · '.·,;· · J· ·,· · · ·· · ·· ·· ry ·· · ~· ··· ·· ·· ·

/l)b(- · ~ · ··· VhAk::7 /fk/dd.?.! ij! 7'"'1J ~ · ··· · ·· · ···· · ·· · · ··· ·· ✓ ··· · ·· · ·· · ·· · ··· · · ··· ··· · ··· ·· ··· ··· · ·· · · ·· · · ·· ··· · ··· ··· · ··· ·· · ·

4 5~:~ l · · :~~=~·::·~~ · :~:; · ~ · ··· · · ··:~~~ · ~~:~ · ~ :~··~··· ·· · ·

5 Cac cau hoi sinh vien cin tri loi trtr6-c H9i d6ng : (1) . · ··· ··· · ··· · · ··· · ·· ···· ·· ··· · ·· · ·· ····

· · ·· · ··· ··· ·· · · ··· ·· · ··· ·· · ··· · ·· ··· · ··· · ·· ·

(2) ·· ·· · ··· ·· ·· · ··· · ··· ·· ··· ···· · ··· · · ·· · ·· · ··· · · ·· ·· · ·· ···· ··· · · ·· ··· · ·· · ···· ··· · ·· · ··· ·· · ·· · ··· ·· · ···

· ··· ·

(3) · ·· · ·· · ··· ··· ···· · ··· ··· · ··· ·· · ··· ··· · ··· · ··· · ···· ··· ·· · ·· · ·· · ··· · ··· ·· · · ·· · · ··· ·· · ··· · ·· ··· ··· ·

6 Diem:

Ghi chu : Dinh kem Phi€u ch ! m di € m L VTN

LỜI CẢM ƠN

Khoá luận tốt nghiệp chuyên nghành Cơ khí ô tô với Đề tài “Khai thác hệ thống phun xăng điện tử dòng xe BMW Xây dựng mô hình phun xăng đánh lửa điện tử.” là kết quả của quá trình cố gắng không ngừng nghỉ của bản thân và sự giúp đỡ tận tình, động viên của thầy cô, bạn bè và người thân Qua đây, em xin cảm ơn chân thành đến những người giúp đỡ em trong thời gian học tập – nghiên cứu khoa học vừa qua

Em xin trân trọng gửi đến thầy ThS Nguyễn Hồng Thắng, người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho bài luận văn này lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất

Xin cảm ơn lãnh đạo, ban giám hiệu cùng toàn thể thầy cô giáo nhà trường viện

Cơ khí và bộ môn Cơ khí ô tô đã tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt công việc nghiên cứu của mình

Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã luôn bên cạnh ủng hộ, động viên

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN Ô TÔ 3

1.1 Lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu động cơ xăng 3

1.2 Nhiệm vụ hệ thống phun xăng 8

1.3 Yêu cầu hệ thống phun xăng 8

1.4 Phân loại hệ thống phun xăng 8

1.4.1 Phân loại theo điểm phun 9

1.4.2 Phân loại theo phương pháp điều khiển kim phun 9

1.4.3 Phân loại theo thời điểm phun xăng 9

1.4.4 Phân loại theo mối quan hệ giữa các kim phun 10

1.4.5 Phân loại theo kiểu phun 10

1.4.5.1 Kiểu K - Jetronic(1973-1955) 10

1.4.5.2 Kiểu KE - Jetronic 15

1.4.5.3 Kiểu KEIII - Jetronic 16

1.4.5.4 Kiểu L – Jetronic 17

1.4.5.5 Kiểu D – Jetronic 18

1.4.5.6 Kiểu Mono-Jetronic 19

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRỰC TIẾP GDI 20

2.1 Các đặc tính nổi bật của động cơ GDI 20

2.1.1 Sự khác biệt về cấu tạo so với động cơ truyền thống 20

2.1.2 Ưu điểm nổi bật 21

2.2 Đặc điểm động cơ GID 21

2.2.1 Kết cấu chung của động cơ phun xăng trực tiếp 21

2.2.2 Hệ thống điều khiển điện tử của động cơ GDI 22

2.3 Đặc tính kỹ thuật của động cơ GDI 23

2.4 Kết cấu hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ GDI 23

2.4.1 Đặc trưng quá trình cung cấp nhiên liệu trên động cơ GDI 23

2.4.1.1 Chế độ tải thấp, vận tốc thấp 24

2.4.1.2 Sự nạp hòa khí phân tần 24

2.4.1.3 Dòng chảy trong quá trình nạp 25

2.4.1.4 Hình dạng tia phun 26

2.4.1.5 Tối ưu kết cấu buồn đốt 26

2.4.2 Sơ đồ cấu tạo 27

2.4.3 Nguyên lý hoạt động 27

2.4.4 Yêu cầu hệ thống nhiên liệu 28

2.5 Các loại kim phun động cơ GDI 28

2.5.1 Yêu cầu kim phun 28

2.5.2 Yêu cầu áp suất phun 28

2.5.3 Các loại khim phun 29

2.6 Các dạng buồn cháy trong động cơ GDI 30

2.6.1 Các yêu cầu cơ bản 30

2.6.2 Các dạng buồng cháy trong động cơ GDI 31

2.6.2.1 Buồng đốt MAN – FM 32

2.6.2.2 Hệ thống buồng đốt kiểu Spray – Guide 32

2.6.2.3 Hệ thống buồng đốt kiểu Wall – Guide 33

2.6.2.4 Hệ thống buồng đốt kiểu Air – guided 33

2.7 Quá trình hình thành hỗn hợp trong động cơ GDI 34

2.8 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống phun xăng trực tiếp GDI 35

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHUN XĂNH ĐIỆN TỬ TRỰC TIẾP GDI TRÊN XE BMW 520I 2012 37

3.1 Giới thiệu chung xe BMW 520i 2012 37

3.2 Nghiên cứu hệ thống nhiên liệu GDI 40

3.2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu đông cơ N20 của xe BMW 520i 2012 40

3.2.2 Các chi tiết, cụm chi tiết trong hệ thống nhiên liệu GDI 41

3.2.2.1 Bơm cao áp 41

3.2.2.2 Màng tiết lưu 42

3.2.2.3 Ống góp nhiên liệu 43

3.2.2.4 Bơm chuyến tiếp nhiên liệu 43

3.2.2.5 Ống phân phối nhiên liệu 44

3.2.2.6 Bộ điều áp phun xăng 44

3.2.2.7 Kim phun 45

3.2.2.8 ECU điều khiển 46

3.2.2.8.1 Cấu tạo 47

3.2.2.8.2 Các chức năng ECU 48

3.2.2.8.3 Các chế độ làm việc 48

3.3 Một số cả biến đùng trong động cơ phun xăng trực tiếp GDI 50

3.3.1 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 50

3.3.2 Cảm biến lưu lượng khí nạp 51

3.3.3 Cảm biến oxy 53

3.3.4 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 55

3.3.5 Cảm biến vị trí trục cam 56

3.3.6 Cảm biến vị trí trục khủy 58

3.3.8 Cảm biến áp suất khí nạp 59

CHƯƠNG 4: BẢO DƯỠNG VÀ SỦA CHỮA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRỰC TIẾP 61

4.1 Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp GDI trên ô tô 61

4.1.1 Bảo dưỡng thường xuyên 61

4.1.2 Bảo dưỡng cấp một 61

4.1.3 Bảo dưỡng cấp hai 61

4.1.4 Các công việc khi bảo dưỡng kỹ thuật 61

4.2 Các hư hỏng của hệ thống cung cấp nhiên liệu trên ô tô du lịch 62

4.2.1 Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu 62

4.2.2 Các hư hỏng của vòi phun 62

4.3 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục trên hệ thống phun xăng trực tiếp GDI… 62

4.4 Kiểm tra và sửa chữa hệ thống phun xăng trực tiếp GDI 63

4.4.1 Kiểm tra và sửa chữa bơm xăng 63

4.4.2 Kiểm tra và sửa chữa bộ điều áp 68

4.4.3 Kiểm tra và sữa chữa kim phun 68

4.4.4 Kiểm tra cảm biến lưu lượng khí nạp 70

4.4.5 Cảm biến âp suất khí nạp 71

4.4.6 Kiểm tra cảm biến độ mở bướm ga 72

4.4.7 Kiểm tra cảm biến ôxy 72

4.4.8 Kiểm tra cảm biến trục khuỷu 73

4.4.9 Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến nhiệt độ khí nạp 73

4.4.10 Kiểm tra cảm biến trục cam 74

CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHUN XĂNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ 75

5.1 Giới thiệu mô hình 75

5.2 Yêu cầu của mô hình 75

5.3 Mục đích của mô hình 76

5.4 Phương án thiết kế 76

5.4.1 Thiết kế khung 76

5.4.2 Đấu dây điện và bố trí các thiết bị trên bảng 77

5.5 Quá trình xây dựng mô hình 77

5.5.1 Quá trình làm khung bảng mô hình 77

5.5.2 Các thiết bị lắp đặt trên mô hình 78

5.5.3 Xác định chân ECU và các chân cảm biến 81

5.5.4 Kiểm tra hư hỏng các thiết bị 83

5.5.5 Quá trình lắp đặt các thiết bị và đấu dây điện 85

5.6 Hướng dẫn sử dụng và bảo quảng 87

KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1 1: Hệ thống phun xăng đơn điểm và đa điểm 9

Hình 1 2: Hệ thống phun xăng K-Jetronic 10

Hình 1 3: Kết cấu đo lưu lượng không khí nạp 12

Hình 1 4: Vị trí lắp đặt van khí phụ 12

Hình 1 5: Kết cấu van khí phụ 13

Hình 1 6: Hoạt động của van trượt trong xylanh định lượng 13

Hình 1 7: Áp suất tác động lên đỉnh piston 14

Hình 1 8: Hoạt động của bộ chênh lệch áp suất 15

Hình 1 9: Sơ đồ kết cấu hệ thống phun xăng KE-Jetronic 16

Hình 1 10: Sơ đồ kết cáu hệ thống phun xăng điện tử 17

Hình 1 11: Sơ đồ hệ thống phun xăng D-Jetronic 18

Hình 2 1: Các kiểu ống nạp tạo xoáy lốc không khí 20

Hình 2 2: Hình dạng piston ảnh hưởng đến quá trình hoà trộn hoà khí 20

Hình 2 3: Sơ đồ hệ thông nhiên liệu động cơ GDI 21

Hình 2 4: Sơ đồ điều khiển hệ thống GDI 22

Hình 2 5: Ảnh hưởng của góc phun sớm đối với việc tạo thành hoà khí phân tầng 25

Hình 2 6: Ảnh hưởng hướng ống nạp đến việc tạo xoáy lốc trong xylanh 26

Hình 2 7: Biên dạng của đỉnh piston ảnh hưởng đến sự hình thành hỗn hợp phân lớp26 Hình 2 8: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ GDI 27

Hình 2 9: Vị trí kim phun trong buồn dốt GDI 28

Hình 2 10: Kết cấu kim phun một lỗ 29

Hình 2 11: Sơ đồ góc phun của kim phun nhiều lỗ 30

Hình 2 12: Kết cấu kim phun PPAA 30

Hình 2 13: Hỗn hợp phân lớp xung quanh bugi 31

Hình 2 14: Sơ đồ các dạng buồng đốt tạo hỗn hợp phân lớp ở động cơ GDI 31

Hình 2 15: Buồng đốt MAN-FM 32

Hình 2 16: Sơ đồ bố trí kim phun bugi, xupap động cơ GDI 32

Hình 2 17: Kết cấu buồng đốt Wall-Guide 33

Hình 2 18: Sơ đồ bố trí kim phun và bugi của buồng đốt Wall-Guide 33

Hình 3 1: Xe BMW 520i 2012 37

Hình 3 2: Động cơ BMW N20 39

Hình 3 3: TwinPower Turbo 39

Hình 3 4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng trực tiếp của động cơ BMW N20 40

Hình 3 5: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ BMW N20 41

Hình 3 6: Bơm cao áp xe BMW 41

Hình 3 7: Sơ đồ nguyên lý điều khiển bơm cao áp trong GDI 42

Hình 3 8: Bơm xăng 43

Hình 3 9: Kết cấu bơm xăng 43

Hình 3 10: Ống phân phối nhiên liệu động cơ GDI 4 xylanh 44

Hình 3 11: Kết cấu điều áp phun xăng 45

Hình 3 12: Kết cấu kim phun trên động cơ BMW N20 46

Hình 3 13: Hộp ECU động cơ BMW N20 47

Hình 3 14: Kết cấu cảm biến nhiệt độ khí nạp 50

Hình 3 15: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp 51

Hình 3 16: Cảm biến lưu lượng khí nạp 51

Hình 3 17: Kết cấu cảm biến lưu lượng khí nạp 52

Hình 3 18: Mạch điện cảm biến lưu lượng khí nạp 52

Hình 3 19: Cảm biến oxy 54

Hình 3 20: Kết cấu cảm biến oxy 54

Hình 3 21: Mạch điện cảm biến oxy 55

Hình 3 22: Kết cấu cảm biến vị trí bàn đạp ga 55

Hình 3 23: Mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga 56

Hình 3 24: Kết cấu cảm biến trục cam 57

Hình 3 25: Mạch điện cảm biến vị trí trục cam 57

Hình 3 26: Cảm biến vị trí trục khuỷu 58

Hình 3 27: Mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu 58

Hình 3 28: Cảm biến áp suất khí nạp 59

Hình 3 29: Mạch điện cảm biến áp suất nạp 60

Hình 4 1: Vị trí kiểm tra nhiên liệu trên xe 64

Hình 4 2: Lắp đồng hồ đo áp suất vào van kiểm tra 64

Hình 4 3: Theo giỏi áp suất trên đồng hồ 65

Hình 4 4: Vị trí bơm xăng 65

Hình 4 5: Các đai ốc trên nắp bơm 66

Hình 4 6: Mở nắp bơm xăng 66

Hình 4 7: Vị trí hai dây điều khiển bơm xăng 66

Hình 4 8: Ghim đồng hồ đo 67

Hình 4 9: Kết hợp với đèn thử điện để kiểm tra 67

Hình 4 10: Giắc cắm nguồn bơm xăng 68

Hình 4 11: Xung điện áp giữa hai cực của vòi phun ở chế độ không tải chạy chậm 69

Hình 4 12: Kiểm tra cảm biến áp suất khí nạp 71

Hình 5 1: Mô hình phun xăng đánh lửa điện tử 75

Hình 5 2: Khung bảng đứng 76

Hình 5 3: Bố trí các thiết bị ở phí trước và nối dây ở sau bảng 77

Hình 5 4: Hộp ECU 81

Hình 5 5: Sơ đồ mạch điện và các chân ECU 82

Hình 5 6: Bố trí các thiết bị lên bảng tạm thời 85

Hình 5 7: Lắp đặc các thiết bị lên bảng cố định 86

Hình 5 8: Mô hình hoàn thiện, 86

Hình 5 9: Bình ắc quy 87

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 3 1: Thông số động cơ xe BMW 520i 2012 38

Bảng 4 1: Các hư hỏng của hệ thống phun xăng trực tiếp GDI 62

Bảng 5 1: Các dụng cụ, vật tư phục vụ làm bảng 77

Bảng 5 2: Các thiết bị lắp đặt trên mô hình 78

Bảng 5 3: Các cực ECU được xác định 83

Bảng 5 4: Các dụng cụ vật tư cần dùng lắp đặt thiết bị và đấu dây 85

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, cùng với sự phát triển của xã hội thì phương tiện giao thông cũng phát triển không ngừng kéo theo đó là vấn đề ô nhiễm môi trường mà những phương tiện này thải ra ngày càng trầm trọng, thậm chí ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người Bên cạnh

đó sự gia tăng giá đột biến của giá xăng dầu và tiêu chuẩn của khí thải của động cơ ôtô ngày càng khắt khe buộc các nhà khoa học trên thế giới không ngừng nghiên cứu tìm ra biện pháp nhằm tiết kiệm nhiên liệu kèm theo giảm khí thải ở đ ộng cơ đốt trong nghành công nghiệp ôtô đã cho ra đời rất nhiều loại ôtô với các tinh năng và công dụng khác nhau Nhiều giảm pháp được đưa ra, một trong những giải pháp được xem là thành công nhất hiện nay (áp dụng cho động cơ sử dụng nhiên liệu xăng) đó là cho ra đời động cơ phun xăng điện tử GDI (hỗn hợp được tạo bên trong buồng đốt của động cơ, với sự nạp

và cháy phân lớp) với hệ thống phun xăng trực tiếp

Hệ thống phun xăng điện tử trực tiếp GDI ra đời là một trong những giải pháp cho vấn đề nói trên Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, điện tử và tin học đã giúp nghành công nghiệp ôtô thiết kế chế tạo thành công các hệ thống phun xăng điện tử trực tiếp GDI có kết cấu nhỏ gọn, độ chính xác cao, an toàn, hiệu quả, vì vậy đã nâng cao được công suất động cơ, giảm được ô nhiễm môi trường

Đề tài giúp cho những sinh viên năm cuối củng cố lại kiến thức để chuẩn bị cho sinh viên khi ra trường để đáp ứng được phần nào nhu cầu của công việc Đề tài “Khai thác hệ thống phun xăng điện tử dòng xe BMW Xây dựng mô hình phun xăng đánh lửa điện tử.” giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn nữa và bổ trợ thêm kiến thức mới về hệ thống Tạo tiền đề nguồn tài liệu tham khảo cho các bạn học sinh, sinh viên các khóa có thêm tài liệu nghiên cứu và tham khảo Những kết quả thu thập được trong quá trình hoàn thành đề tài giúp thể hiểu rõ hơn, sâu hơn về hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử trực tiếp GDI, nắm được kết cấu và điều kiện làm việc của hệ thống nhiên liệu

2 Mục đích nghiên cứu đề tài

- Nghiên cứu tổng quang hệ thống phun xăng nhất là phun xăng điện tử GDI

- Nghiên cứu hệ thống phun xăng GDI trên BMW 520i 2012, tìm hiểu về hệ thống

và các chi tiết, cụm chi tiết của hệ thống

- Nghiển cứu các bước bảo dưỡng sửa chữa hệ thống phun xăng GDI

- Nghiên cứu xây dựng mô hình phun xăng đánh lửa điện tử

3 Kết cấu chính bài luận văn

Bài luận văn bao gồm 5 chương chính sau:

Chương 1: Tổng quang hệ thống phun xăng trên ô tô

Chương 2: Giới thiệu về hệ thống phun xăng điện tử trực tiếp GDI

Chương 3: Nghiên cứu hệ thống phun xăng điện tử trực tiếp GDI trên xe BMW 520i 2012

Chương 4: Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống phun xăng điện tử trực tiếp GDI Chương 5: Xây dượng mô hình phun xăng đánh lửa điện tử

CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN Ô TÔ

1.1 Lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu động cơ xăng

- Về lịch sử phát triển của hệ thống phun xăng có một số mốc đáng chú ý dưới đây:

- Vào năm 1860, Lenoir gắn động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng và bộ chế hòa khí đơn giản (đã được cải tiến từ động cơ của Jean Joseph, một Kỹ Sư người Bỉ xin cấp bằng sáng chế chiếc xe động cơ đốt trong tác động kép, đánh lửa điện sử dụng nhiên liệu khí than năm 1860) vào một chiếc xe ba bánh và thực hiện thành công chuyến đi mang tính lịch sử với quãng đường 50 dặm

- 1862: Kỹ Sư người Pháp ông Alphonse Beau De Rochas đệ đơn cấp bằng sáng chế động cơ bốn kỳ số 52593 ngày 16 tháng 01 năm 1862 (nhưng đã không sản xuất)

- 1864: Siegfried Marcus, Kỹ Sư người Áo đã chế tạo một loại động cơ xilanh với

bộ chế hòa khí rất thô sơ và sau đó gắn lên một chiếc xe ngựa và đã vận hành thành công trên quãng đường đá dài 500 foot (152,4m) Vài năm sau đó, Marcus thiết kế một chiếc

xe có thể vận hành với tốc độ 10 dặm/giờ và một số sử gia cho rằng đây mới chính là chiếc xe sử dụng động cơ xăng đầu tiên trên thế giới

- 1876: Nikolas August Otto phát minh thành công và được cấp bằng sáng chế động cơ bốn kỳ thì hai loại động cơ này thường được gọi là “Chu kỳ Otto” và ngay sau khi thành công với động cơ này ông đã đưa ra nó vào sử dụng cho xe gắn máy Cống hiến của Otto trong lịch sử được phát triển sử dụng rộng rãi cho đến tận ngày nay cho tất cả các xe chạy nhiên liệu lỏng

- Nikolas August Otto (sinh 10 tháng 6 năm 1832 tại Holzhausen ander Haide, Nassau - mất 26 tháng 1 năm 1891 tại Cologne) là một nhà phát minh người Đức, ông

là người đã phát minh ra động cơ đốt trong đầu tiên có thể đốt cháy trực tiếp nhiên liệu một cách hiệu quả trong buồng piston Dù trước đó đã có vài loại động cơ đốt trong được phát minh (ví dụ như của Estienne Lenoir), tuy nhiên những loại động cơ đó không dựa trên bốn chu kỳ quay riêng biệt Lý thuyết về bốn chu kỳ quay đã hình thành vào khoảng giai đoạn có sự ra đời phát minh của Otto, nhưng ông là người đầu tiên áp dụng thành công vào thực tế

- 1885: Vào năm 1885, Gottleib Daimler cùng với đối tác của mình là Wilhl Mayback cải tiến động cơ đốt trong của Otto và đệ đơn cấp bằng sáng chế cho phát kiến này và đây chính là nguyên mẫu động cơ xăng hiện nay Gottlieb Daimler phát minh loại động cơ có thể được coi như là nguyên mẫu của động cơ xăng hiện với xilanh thẳng

đứng và sử dụng bộ chế hòa khí (cấp bằng năm 1889) Daimler lần đầu tiên chế tạo xe hai bánh gắn động cơ có tên “Reitwagen”, một năm sau đó loại động cơ này ông chế tạo chiếc ô tô 4 bánh đầu tiên trên thế giới

- Động cơ Daimler - Maybach đời 1885 nhỏ, nhẹ, chạy nhanh, dùng bộ chế hòa khí bơm xăng và xilanh thẳng đứng Kích cỡ, tốc độ và hiệu suất của loại động cơ này

đã tạo nên cuộc cách mạng về thiết kế xe hơi Vào ngày 08 tháng 03 năm 1886, Daimler lắp loại động cơ này vào khung xe ngựa và qua đây phát kiến này được xem là thiết kế

xe ôtô 4 bánh đầu tiên và ông được coi như nhà thiết kế đầu tiên của loại động cơ đốt trong có tính hữu dụng

- Vào năm 1889, Daimler phát minh động cơ đốt trong 4 kỳ có van hình nấm và 2 xilanh hình chữ V Cũng giống như động cơ Otto đời 1876, loại động cơ mới của Daimler đặt nền tảng cho động cơ ô tô hiện đại ngày nay Cũng vào năm 1889, Daimler

và Mayback chế tạo chiếc xe ô tô đầu tiên từ con số không, họ đã không cải tiến từ những chiếc xe cũ như trước đây họ đã từng làm Chiếc Daimler mới có hộp số 4 tốc độ với tốc độ tối đa 10 dặm/giờ

- Năm 1890, Daimler thành lập Daimler Motoren - Gesllschft để sản xuất các mẫu

xe theo thiết kế của ông Mười một năm sau đó, Wilhelm Mayback thiết kế ra xe Mercedes

- Vào cuối thế kỷ 19 một kỹ sư người pháp ông Stevan đã nghĩ ra cách phân phối nhiên liệu khi dùng một máy nén khí Sau đó một thời gian người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng đốt, nhưng việc này không đạt được hiệu quả cao nên không được thực hiện

- Đến năm 1887 người mỹ đã có đóng góp to lớn trong việc khai triển hệ thống phun xăng vào sản xuất, áp dụng trên động cơ tỉnh tại

- Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun xăng trên động cơ 4 thì tỉnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ máy là dầu hoả nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp), với sự đóng góp này đã đưa ra một công nghệ chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu máy bay ở Đức

- Từ đó trở đi, hệ thống phun xăng được áp dụng trên các ô tô ở Đức và nó đã thay dần động cơ sử dụng chế hoà khí Hãng BOSCH đã áp dụng hệ thống phun xăng trên ô

tô hai thì bằng cách cung cấp nhiên liệu với áp lực cao và sử dụng phương pháp phun

nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt nên giá thành chế tạo cao và hiệu quả lại thấp với kỹ thuật này đã được ứng dụng trong thế chiến thứ II

- Việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun xăng bị gián đoạn trong một khoảng thời gian dài do chiến tranh, đến 1962 người Pháp phát triển nó trên ô tô Peugeot 404

Họ điều khiển sự phân phối nhiên liệu bằng cơ khí nên hiệu quả không cao và công nghệ vẫn chưa đáp ứng tốt Đến năm 1966 hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng cơ khí Trong hệ thống này nhiên liệu được phun liên tục vào trước xupáp nạp nên có tên là K-Jetronic (K- konstant-liên tục, Jetronic-phun) K-jetronic được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác,

là nền tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng thế hệ sau này

- Vào năm 1981 hệ thống K-jetronic được cải tiến thành hệ thống KE-Jetronic và

nó được sản xuất hàng loạt vào năm 1984 và được trang bị trên các xe của hãng Mescedes

- Dù đã được thành công lớn trong ứng dụng hệ thống K-Jetronic và KE-Jetronic trên ô tô, nhưng các kiểu này có khuyết điểm là bảo dưỡng sửa chữa khó và giá thành chế tạo rất cao Vì vậy các kỹ sư đã không ngừng nghiên cứu và đưa ra các loại khác như Mono-jetronic, L-Jetronic, Motronic

- Đến năm 1984 người Nhật mua bản quyền của hãng BOSCH đã ứng dụng hệ thống phun xăng L-Jetronic và D-jetronic trên các xe của hãng Toyota gọi là EFI (Electronic Fuel Injection) Đến năm 1987 hãng Nissan dùng L-Jetronic thay cho bộ chế hoà khí của xe Nissan sunny Song song với việc phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình ESA (Electronic Spane Advance) cũng đã được sử dụng vào những năm đầu thập kỹ 80 và loại tích hợp, tức điều khiển cả phun xăng và đánh lửa của hãng BOSCH đặt tên là Motronic

- Vào năm 1955, Mercedes - Benz đầu tiên ứng dụng phun xăng trực tiếp vào buồng cháy của động cơ 6 xilanh (Mercedes - Benz 300SL) với thiết bị bơm tạo áp suất phun của BOSCH Tuy nhiên, việc ứng dụng này bị quên lãng do vào thời điểm đó các thiết bị điện tử chưa được phát triển và ứng dụng nhiều cho động cơ ô tô, nên việc điều khiển phun nhiên liệu của động cơ thuần tuý bằng cơ khí, và việc tạo hỗn hợp phân lớp cho động cơ chưa được nghiên cứu như ngày nay Vì vậy, so với quá trình tạo hỗn hợp ngoài động cơ thì quá trình tạo hỗn hợp trong buồng đốt cũng không khả quan hơn nhưng kết cấu và giá thành thì cao hơn nhiều

- Mãi đến năm 1996, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật điện tử, động cơ xăng ứng dụng phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt được Mitsubishi Motors đưa trở lại thị trường tại Nhật với tên mới đó là GDI (Gasoline direct injection), và tiếp theo đó nó xuất hiện tại châu Âu vào năm 1998 Mitsubishi đã áp dụng kỹ thuật này sản xuất hơn 400.000 động cơ cho dòng xe 4 chỗ đến trước năm 1999

- Tiếp theo sau, là hàng loạt các hãng nổi tiếng như PSA Peugeot Citron, Daimler Chrysler (với sự cho phép của Mitsubishi) cũng đã áp dụng kỹ thuật này cho dòng động

cơ của mình vào khoảng năm 2000-2001 Volkswagen/Audi cũng cho ra mắt động cơ GDI vào năm 2001 nhưng dưới tên gọi FSI (Fuel Stratified Injection) BMW không chịu thua kém đã cho ra đời động cơ GDI V12

- Các nhà sản xuất xe hàng đầu như General Motors cũng đã áp dụng kỹ thuật GDI cho động cơ của mình để cho ra đời dòng xe mới vào những năm 2002 Và sau cùng đó

là Toyota cũng phải từ bỏ việc tạo hỗn hợp ngoài động cơ để chuyển sang tạo hỗn hợp trong buồng đốt và đã ra mắt thị trường với động cơ 2GR - FSE V6 vào đầu năm 2006

- Xu hướng phát triển của các nhà sản xuất ô tô hiện nay là nghiên cứu hoàn thiện quá trình hình thành hỗn hợp cháy để đạt được sự cháy kiệt, tăng tính kinh tế nhiên liệu

và giảm được hàm lượng độc hại của khí xả thải ra môi trường Công nghệ phun nhiên liệu trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection) là một giải pháp Bộ chế hòa khí giờ đã trở nên lạc hậu Vào những năm 70 của thế kỷ trước, việc hình thành hỗn hợp khí trong động cơ xăng vẫn được thực hiện nhờ bộ chế hoà khí, còn đối với động cơ Diesel được thực hiện nhờ bộ bơm cao áp vòi phun kiểu BOSCH Đến nay, thời của chế hoà khí ngự trị đã qua từ lâu, và ngay cả hệ phun xăng điện tử kiểu cũ (phun xăng một điểm) cũng lùi vào dĩ vãng Kiểu phun xăng điện tử đa điểm với mỗi xilanh một vòi phun và phun vào ngay phía trước họng xupap nạp đã lên ngôi và đang dần trở nên phổ thông, kể cả ở các xe trung bình chứ không chỉ có trên các xe cao cấp như trước kia

Tuy nhiên, vào năm 1996 hãng Mitsubishi lần đầu tiên giới thiệu kiểu phun xăng trực tiếp vào buồng cháy GDI trên dòng xe Galant Legnum và là một bước tiến kỳ diệu trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu Với công nghệ GDI, khi động cơ hoạt động ở chế độ tải trọng nhỏ hỗn hợp xăng và không khí được hòa trộn ở trạng thái loãng tới mức khó tưởng tượng, còn khi ở chế độ tải trọng trung bình và lớn thì xăng được phun vào buồng cháy làm hai lần: Lần phun đầu tiên gọi là lần phun mồi được phun ở đầu quá trình nạp, còn lần phun chính được thực hiện ở cuối quá trình nén

Kể từ 1998, động cơ GDI được sản xuất tương đối rộng rãi với nhiều dòng như:

- Toyota: dùng hệ thống GDI D4 với động cơ SZ, NZ, 1AZ-FSE, 3GR-FSE (trên Lexus GS300) Đặc biệt với động cơ 2GR-FSE V6 (trên Lexus IS 350) dùng công nghệ phun nhiên liệu tiên tiến hơn đó là kết hợp giữa phun trực tiếp và phun gián tiếp trên cùng một xilanh (một kim phun gián tiếp kiểu cũ với áp suất thấp và một kim phun trực tiếp áp suất cao), hệ thống này được gọi là D-4S

- Renault: Động cơ 2.0 IDE (Injection Direct Essence) lắp trên xe Megane, Laguna

- Volkswagen gọi công nghệ GDI là FSI (Fuel Stratified Injection) với các dòng động cơ : Lupo 1.4L FSI 16 soupape I4 105 HP, 2.0L FSI 16 soupape turbo tăng áp, Về sau xu thế của Volkswagen khi sản xuất là dùng công nghệ FSI

- PSA Peugeot Citroen (còn gọi công nghệ GDI là HPI), với dòng động cơ: EW10D 2.0L 16 soupape 140 HP mua bản quyền công nghệ từ Mitsubishi Motor, lắp trên xe Citroen C5 và Peugeot 406

- Alfa Romeo (gọi GDI là JTS -Jet Thrust Stoichiometric) ứng dụng công nghệ này cho hầu hết các động cơ của Alfa

- BMW ban đầu ứng dụng công nghệ GDI cho động cơ N73 V12, tuy nhiên còn nhiều khiếm khuyết như áp suất phun nhiên liệu thấp, không thể đưa động cơ về chế độ nghèo xăng Về sau hãng khắc phục bằng động cơ N52 I6 Động cơ N52 I6 được PSA hợp tác với BMW lắp trên xe Mini Cooper S

- GM với động cơ: Ecotec 2.2L 155 HP lắp trên xe Opel, Vauxhall Vectra, Signum 2.0L Ecotec kết hợp với công nghệ VVTi cho New Opel GT, Pontiac Solstice GXP, Saturn Sky Red Line, xe thể thao Chevrolet Cobalt, Chevrolet HHR Động cơ 3.6L LLT lắp trên Cadillac STS, Cadillac CTS

- Mercedes - Benz (gọi GDI là CGI), phát triển động cơ dùng công nghệ GDI và lắp trên CLS 350

- Mazda (gọi là DISI - Direct Injection Spark Ignition), với các động cơ lắp trên Mazda 6, Mazda 3, xe thể thao Mazda CX-7

Theo các chuyên gia đánh giá, loại động cơ GDI giúp tiết kiệm được 15% nhiên liệu so với động cơ phun xăng điện tử EFI thông thường Tuy vậy, động cơ GDI cũng phải giải quyết một số vấn đề nan giải: Do nhiệt độ quá trình cháy tăng nhanh nên hàm lượng ôxit nitơ trong khí xả khá lớn, do đó phải sử dụng bộ xử lý khí xả (Catalyser) nhiều thành phần để tách NO2 thành khí nitơ và ôxi để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi

trường Động cơ phun xăng trực tiếp còn thường sử dụng đồng thời với các kỹ thuật khác như VVT, VVTi, luân hồi khí xả EGR… để đạt hiệu quả kinh tế và môi trường cao

Mặc dù hệ thống phun xăng trực tiếp GDI được ứng dụng trong nhiều thập kỷ và không ngừng được cải tiến Đến nay, hệ thống này vẫn được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô với những dòng xe đạt hiệu suất động cơ cao và tiết kiệm nhiên liệu Ở nước ta hãng xe việt sử dụng động cơ N20 áp dụng vào vào xe của hãng nổi bật

là hai dòng xe VinFast Lux SA2.0 và Lux A2.0 được trang bị hệ thống phun xăng trực tiếp cao cấp, nâng cao hiệu quả hoạt động cũng như đảm bảo quá trình vận hành trơn tru, an toàn

1.2 Nhiệm vụ hệ thống phun xăng

+ Hỗn hợp phải đồng nhất trong xylanh và như nhau trong mỗi xylanh

+ Thời gian hình thàn hỗn hợp phải đáp ứng tốt khi động cơ làm việc ở số vòng quay cao

+ Điều khiển cát nhiên liệu khi giảm tốc nhằm tiết kiệm nhiên liệu và giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường

+ Hỗn hợp được cung cấp phải phù hợp với sự ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất môi trường và nhiệt độ của động cơ

+ Lượng nhiên liệu sử dụng phải có chất lượng tốt

+ Do không sử dụng độ chân không để hút nhiên liệu như bộ chế hòa khi

+ Lượng khí thải phải được kiểm tra để hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun vào cho chính xác

1.4 Phân loại hệ thống phun xăng

1.4.1 Phân loại theo điểm phun

- Hệ thống phun xăng đơn điểm (TBI -throttle body injection): Kim phun đặt ở cổ ống góp hút chung cho toàn bộ các xilanh của động cơ, bên trên bướm ga

- Hệ thống phun xăng đa điểm (MPI - multi point fuel injection): mỗi xy lanh của động cơ được bố trí 1 vòi phun phía trước xupáp nạp

1.4.2 Phân loại theo phương pháp điều khiển kim phun

- Phun xăng điện tử: Được trang bị các cảm biến để nhận biết chế độ hoạt động của động cơ (các sensors) và bộ điều khiển trung tâm (computer) để điều khiển chế độ hoạt động của động cơ ở điều kiện tối ưu

- Phun xăng thủy lực: Được trang bị các bộ phận di động bởi áp lực của gió hay của nhiên liệu Điều khiển thủy lực sử dụng cảm biến cánh bướm gió và bộ phân phối nhiên liệu để điều khiển lượng xăng phun vào động cơ Có một vài loại xe trang bị hệ thống này

- Phun xăng cơ khí: Được điều khiển bằng cần ga, bơm cơ khí và bộ điều tốc để kiểm soát số lượng nhiên liệu phun vào động cơ

1.4.3 Phân loại theo thời điểm phun xăng

- Hệ thống phun xăng gián đoạn: Đóng mở kim phun một cách độc lập, không phụ thuộc vào xupáp Loại này phun xăng vào động cơ khi các xupáp mở ra hay đóng lại

Hệ thống phun xăng gián đoạn còn có tên là hệ thống phun xăng biến điệu

- Hệ thống phun xăng đồng loạt: Là phun xăng vào động cơ ngay trước khi xupáp nạp mở ra hoặc khi xupáp nạp mở ra Áp dụng cho hệ thống phun dầu

Hình 1 1: Hệ thống phun xăng đơn điểm và đa điểm

- Hệ thống phun xăng liên tục: Là phun xăng vào ống góp hút mọi lúc Bất kì lúc nào động cơ đang chạy đều có một số xăng được phun ra khỏi kim phun vào động cơ

Tỉ lệ hòa khí được điều khiển bằng sự gia giảm áp suất nhiên liệu taị các kim phun Do

đó lưu lượng nhiên liệu phun ra cũng được gia giảm theo

1.4.4 Phân loại theo mối quan hệ giữa các kim phun

- Phun theo nhóm đơn: Hệ thống này, các kim phun được chia thành 2 nhóm bằng nhau và phun luân phiên Mỗi nhóm phun một lần vào một vòng quay trục khuỷu

- Phun theo nhóm đôi: Hệ thống này, các kim phun cũng được chia thành 2 nhóm bằng nhau và phun luân phiên

- Phun đồng loạt: Hệ thống này, các kim phun đều phun đồng loạt vào mỗi vòng quay trục khuỷu Các kim được nối song song với nhau nên ECU chỉ cần ra một mệnh lệnh là các kim phun đều đóng mở cùng lúc

1.4.5 Phân loại theo kiểu phun

1.4.5.1 Kiểu K - Jetronic(1973-1955)

Hình 1 2: Hệ thống phun xăng K-Jetronic

Hệ thống phun xăng K-Jetronic là hệ thống phun xăng cơ bản của các kiểu phun xăng điện tử hiện đại ngày nay

- Đặc điểm phun xăng kiểu K-Jetronic:

+ Là hệ thống phun xăng đa điểm

+ Được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí- thuỷ lực

+ Không cần những dẫn động của động cơ, có nghĩa là động tác điều chỉnh lưu lượng xăng phun ra do chính độ chân không trong ống hút điều khiển

+ Xăng phun ra liên tục và được định lượng tuỳ theo khối lượng không khí nạp

- Hệ thống bao gồm: Hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống nạp khí, hệ thống điều khiển cơ khí

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu:

+ Hệ thống nhiên liệu có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu với áp suất cao từ thùng chứa đến các vòi phun để phun vào các xylanh với tỷ lệ thích hợp phù hợp với các chế

độ làm việc của động cơ

+ Hệ thống nhiên liệu bao gồm thùng chứa nhiên liệu, bơm nhiên liệu, bộ tích năng, lọc nhiên liệu, bộ điều áp, bộ định lượng và phân phối nhiên liệu, các vòi phun xăng và vòi phun khởi động lạnh

+ Bơm xăng điện bơm xăng từ thùng chứa đến bộ tích năng, xuyên qua bầu lọc xăng đến bộ phân phối Từ bộ này xăng chảy tiếp đến các vòi phun xăng, các vòi phun này phun xăng liên tục vào các cửa nạp của động cơ Xăng phun vào trộn lẫn với không khí thành khí hỗn hợp, đến lúc xupáp hút mở, khí hỗn hợp sẽ được nạp vào xylanh động

cơ

+ Bộ điều áp xăng bố trí bên trong bộ phân phối có tác dụng duy trì áp suất xăng cung cấp ở mức cố định và đưa số xăng thừa trở lại thùng chứa

-Hệ thống nạp khí:

+ Hệ thống nạp khí có nhiệm vụ cung cấp lượng không khí sạch cần thiết cho động

cơ Không khí qua lọc không khí, tại đây không khí được lọc sạch và đưa đến bộ đo lưu lượng không khí Sau đó qua cổ họng gió và van khí phụ đến khoang nạp khí, qua đường ống nạp vào buồng đốt động cơ

+ Bộ đo lưu lượng không khí nạp: cấu tạo của bộ đo lưu lượng không khí bao gồm một phễu và một cảm biến di động Có vít điều chỉnh tỷ lệ hoà khí, trục xoay của thiết

bị đo, cần bẩy và lò xo lá.Dòng không khí do động cơ hút xuyên qua bộ cảm biến sẽ tác động một lực lên mâm đo (11), lực này tỷ lệ thuận với lượng không khí nạp vào và đẩy mâm đo nâng lên Chuyển động của mâm đo làm cho cần bẩy (12) xoay quanh trục xoay

(13) Cuối cùng cần bẩy điều khiển van trượt (5) của bộ phân phối (7) để định lượng số xăng phun ra

Hình 1 3: Kết cấu đo lưu lượng không khí nạp

1 – Không khí vào; 2 – Áp suất kiểm soát; 3 – Xăng vào bộ phân phối;

4 – Xăng đã được định lượng; 5 – Piston; 6 – Xylanh với các khe định lượng; 7 – Bộ định lượng và phân phối xăng; 8 – Bộ đo lưu lượng không khí nạp; 9 – Lò xo lá; 10 –

Đoạn ống khuếch tán; 11 – Mâm đo;

12 – Cần bẩy; 13 – Trục xoay; 14 – Vít chỉnh ralăngti

*Van khí phụ

Hình 1 4: Vị trí lắp đặt van khí phụ

Bên trong thiết bị có một vách ngăn dùng để đóng kín hay mở mạch nạp không khí

bổ sung Thanh lò xo lưỡng kim dưới tác dụng của nhiệt độ sẽ điều khiển vách ngăn đóng mở Cuộn điện trở nung nóng khống chế thời gian mở của thiết bị tùy theo từng loại động cơ Trong quá trình sưởi nóng, động cơ được cho nổ ở chế độ cầm chừng, động cơ đang còn nguội lạnh, cánh bướm ga đóng gần kín, mạch không khí trên van khí phụ sẽ được mở lớn tối đa Nhiệt động động cơ càng tăng lên thì tiết diện lưu thông của van khí phụ càng được thu hẹp và sẽ đóng kín sau khi hoàn tất quá trình sưởi nóng động

cơ

Hình 1 5: Kết cấu van khí phụ

1 – Vách ngăn; 2 – Thanh lưỡng kim; 3 – Cuộn dây nung nóng 4 – Đường khí tắc qua

bướm ga

- Hệ thống điều khiển cơ khí

+ Hệ thống điều khiển cơ khí có nhiệm vụ điều khiển lượng phun phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ

+ Bộ định lượng và phân phối nhiên liệu

+ Bộ định lượng và phân phối nhiên liệu kết hợp với bộ đo lưu lượng không khí nạp định lượng và phân phối xăng đến các kim phun đúng yêu cầu cần thiết

Hình 1 6: Hoạt động của van trượt trong xylanh định lượng

a – Động cơ ngừng; b – Định lượng cho chế độ tải một phần; c – Định lượng cho chế độ toàn tải; 1 – Áp suất kiểm soát; 2 – Van trượt; 3 – Khe định lượng quanh xylanh phân lượng; 4 – Vai định lượng của van trượt; 5 – Xăng vào xylanh phân lượng; 6 – Xylanh với các khe định lượng

Tùy theo vị trí cao hay thấp cảu mâm đo, bộ phân phối sẽ định lượng một số xăng tương ứng với lượng không khí nạp để cung cấp cho các kim phun Dao động của mâm

đo được cần bẩy truyền động đến van trượt Xăng nạp vào bộ phân phối qua lỗ nạp sau

đó len qua vai của van trượt trong xylanh Số xăng đã định lượng được đưa đến các kim phun.Piston điều khiển nhận lực từ tấm cảm biến và lực từ áp suất nhiên liệu tác dụng lên đỉnh piston (áp suất điều khiển), áp suất trên đỉnh piston làm cho tấm cảm biến và piston dịch chuyển đồng bộ với nhau

*Bộ chênh lệch áp suất:

Chức năng của bộ chênh lệch áp suất là để hạn chế sự tổn thất áp suất khi nhiên liệu đi qua các rãnh đứng trong xylanh.Cấu tạo của bộ chênh lệch áp suất bao gồm: Buồng trên, buồng dưới, piston điều khiển, lò xo, rãnh định lượng nhiên liệu, màng và

có đường nhiên liệu từ bơm đến, đường nhiên liệu đến các vòi phun

Các bộ chênh lệch áp suất nằm trong bộ phân phối nhiên liệu Động cơ có bao nhiêu xylanh thì có bấy nhiêu bộ chênh lệch áp suất Các bộ chênh lệch áp suất duy trì

sự chênh lệch áp suất giữa buồng trên và buồng dưới của màng với một giá trị không đổi là 1kG/cm2

Hình 1 7: Áp suất tác động lên đỉnh piston

1 – Xăng đến kim phun; 2 – Buồng trên; 3 – Màng ngăn; 4 – Buồng dưới; 5 – Áp suất ban đầu của xăng; 6 – Ap suất điều khiển; 7 – Piston (van trượt)

Màng của các bộ chênh lệch áp suất là màng phẳng làm bằng thép không rỉ, nó đặt ngăn giữa hai buồng Tất cả buồng dưới được nối thông với nhau và chịu áp suất nhiên liệu cung cấp từ bơm Các buồng trên nối thông với các khe phân lượng trên vách xylanh phân phối và ống nối đến các kim phun, các buồng trên độc lập với nhau, mỗi màng chịu tác dụng của một lò xo Nếu lượng nhiên liệu qua rãnh định lượng vào buồng trên

nhiều thì áp lực trong buồng này tăng lên tức thời, làm cho màng bị cong xuống mở lổ van cho đến khi sự chênh lệch áp suất giữa hai buồng được xác định.Nếu lượng nhiên liệu cung cấp vào buồng trên giảm, màng tự đi lên và làm giảm tiết diện mở của van cho đến khi đạt được sự chênh lệch áp suất là 1 kG/cm2

Hình 1 8: Hoạt động của bộ chênh lệch áp suất

a – Màng van trũng xuống sâu, lượng nhiên liệu phun ra nhiều; b – Màng van trũng

xuống ít, lượng nhiên liệu phun ra ít 1.4.5.2 Kiểu KE - Jetronic

Hệ thống phun xăng KE-Jetronic được hãng BOSCH chế tạo dựa trên nền tảng của

hệ thống K-Jetronic và K-Jetronic với van tần số

Các nhà thiết kế nhận thấy rằng ở hệ thống K-Jetronic với van tần số thì độ chính xác không cao lắm do các cảm biến sử dụng để nhận biết tình trạng làm việc của động

cơ còn quá ít và việc sử dụng van tần số để hiệu chỉnh áp lực các buồng dưới, cũng như dùng bộ điều chỉnh áp lực theo nhiệt độ để hiệu chỉnh tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng các chế

độ làm việc của động cơ là chưa hoàn thiện… Bởi vì các chế độ làm việc của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào thời gian mở và đóng của van tần số và sự thay đổi của áp suất điều chỉnh trên đỉnh piston Nếu sự phối hợp cả hai yếu tố trên là không đồng bộ thì độ tin cậy làm việc của hệ thống là không đảm bảo Để khắc phục nhược điểm trên cũng như dựa vào cơ sở của hệ thống K-Jetronic với van tần số, các nhà chế tạo đã đưa ra loại KE-Jetronic Ở hệ thống KE- Jetronic, tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng với các điều kiện hoạt động của động cơ dựa vào sự thay đổi áp lực nhiên liệu của các buồng dưới của các bộ chênh lệch áp suất, nhưng áp suất điều khiển ở trên đỉnh piston điều khiển là được giữ

cố định Các cảm biến bố trí xung quanh động cơ của KE-Jetronic được sử dụng nhiều hơn, tín hiệu từ các cảm biến được gửi về trung tâm điều khiển điện tử và từ đó trung tâm điều khiển sẽ làm thay đổi áp suất trong hệ thống để đáp ứng tốt các yêu cầu làm việc của động cơ

Hình 1 9: Sơ đồ kết cấu hệ thống phun xăng KE-Jetronic

1 – Thùng xăng; 2 – Bơm xăng; 3 – Bộ tích năng; 4 – Lọc xăng; 5 – Bộ điều áp xăng; 6 – Kim phun xăng; 7 – Đường ống nạp; 8 – Kim phun xăng khởi động lạnh; 9 –Bộ định lượng và phân phối nhiên liệu; 10 – Bộ đo lưu lượng không khí; 11 – Bộ điều chỉnh áp lực bằng điện; 12 – Cảm biến Oxy; 13 – Công tắc nhiệt-thời gian; 14 – Cảm biến nhiệt

độ nước làm mát; 15 – Delco; 16 – Van khí phụ; 17 – Công tắc vị trí bướm ga; 18 – ECU; 19 – Công tắc máy; 20 – Ắc quy

Như vậy chúng ta thấy rằng ngoài việc định lượng nhiên liệu bằng cơ khí như Jetronic, hệ thống điện điều khiển của KE-Jetronic sẽ điều chỉnh lại lượng nhiên liệu cung cấp đến các kim phun dựa vào tình trạng làm việc của động cơ theo các chế độ tải, điều kiện môi trường, nhiệt độ động cơ…nên có sự hiệu chỉnh lưu lượng phun bằng hệ thống điện tử

K-1.4.5.3 Kiểu KEIII - Jetronic

- Là hệ thống dựa trên sự phát triển của hệ thống phun xăng kiểu KE – Jetronic

- Do vậy nó cũng là hệ thống phun xăng đa điểm các kim phun liên tục và áp suất phun thay đổi

- Việc định lượng nhiên liệu chủ yếu nhờ hệ thống cơ khí hệ thống điện tử thực hiện các nhiệm vụ sau: Các cảm biến gửi tín hiệu về ECU sau đó ECU phân tích tính toán để ( hiệu chỉnh lượng phun, điều khiển đánh lửa, điều khiển cầm chừng)

1.4.5.4 Kiểu L – Jetronic

Hình 1 10: Sơ đồ kết cáu hệ thống phun xăng điện tử

1 - Thùng xăng; 2 – Bơm xăng; 3 – Lọc xăng; 4 – ECU; 5 – Kim phun; 6 – Bộ điều áp; 7 – Ống góp hút; 8 – Kim phun xăng khởi động lạnh; 9 – Cảm biến vị trí bướm ga;

10 – Cảm biến lưu lượng không khí nạp; 11 – Cảm biến Oxy; 12 – Công tắc nhiệt-thời gian; 13 – Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 14 – Delco (cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston); 15 – Van khí phụ; 16 – Ắcquy; 17 – Công tắc khởi động

L-Jetronic là hệ thống phun xăng đa điểm, điều khiển bằng điện tử Xăng được phun vào cửa nạp các xylanh động cơ theo từng lác chứ không liên tục Quá trình phun xăng và định lượng nhiên liệu được thực hiện theo hai tín hiệu gốc : tín hiệu về khối lượng không khí đang nạp vào và tín hiệu vận tốc trục khuỷu của động cơ Hệ thống được chia làm ba phần:

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu

- Hệ thống cung cấp không khí

- Hệ thống điều khiển điện tử

Từ lượng không khí nạp xác định được, hệ thống phun xăng điện tử điều khiển lượng nhiên liệu phun vào Nhiên liệu được phun vào đường ống nạp bằng kim phun được điều khiển bằng van solenoid Lượng nhiên liệu phun phụ thuộc vào chênh lệch áp

suất giữa nhiên liệu vào đường ống nạp, thời gian nhấc kim phun Vì vậy, để điều khiển lượng nhiên liệu phun chính xác cần điều khiển áp suất nhiên liệu và thời gian nhấc kim phun

Xăng từ thùng chứa 1 được bơm xăng 2 hút qua lọc 3 vào dàn phân phối 4 Xăng

ở dàn phân phối được giữ ở một áp suất không đổi bởi bộ điều áp nhiên liệu 5 Lượng xăng phun vào sau xupap nạp được xác định theo lượng không khí đi vào đường nạp Như vậy, lượng phun xăng ra thực tế được xác định bằng thời gian nhấc kim phun của vòi phun chính

Bộ điều khiển trung tâm sẽ tính toán để ra quyết định cho thời gian nhấc kim phun chính xác nhất Muốn vậy, nó phải nhận được tín hiệu quan trọng từcảm biến lưu lượng không khí và các tín hiệu khác như: nhiệt độ động cơ, lượng ôxy trong đường thải, vị trí bướm ga, tốc độ động cơ, điện áp ắc quy

Loại này cũng giống như kiểu L-Jectronic nó chỉ khác là không đo lưu lượng không

khí mà đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp

độ không khí; p0 – Áp suất khí quyển; p1 – Áp suất trong đường ống nạp

Hình 1 11: Sơ đồ hệ thống phun xăng D-Jetronic

1.4.5.6 Kiểu Mono-Jetronic

Motronic : Injection + Ignition

Là hệ thống điều khiển cả phun xăng và đánh lửa chung một máy tính

Đặc điểm: Phát triển dựa trên nền tảng của hệ thống L-Jectronic

- Hệ thống này ECU điều khiển các chức năng sau :

+ Điều chỉnh lưu lượng nhiên liệu phun, điều khiển hệ thống an toàn

+ Điều chỉnh thời điểm đánh lửa, điều khiển chống ô nhiễm

+ Điều khiển tốc độ cầm chừng

+ Điều khiển hệ thống tự chuẩn đoán và các điều khiển độ khác

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRỰC TIẾP GDI

2.1 Các đặc tính nổi bật của động cơ GDI

2.1.1 Sự khác biệt về cấu tạo so với động cơ truyền thống

− Điểm khác biệt đầu tiên, do nhiên liệu không phun vào đường ống nạp, nên đường ống nạp có thể thay đổi thông thường là cấu tạo dạng xoắn tiếp tuyến, tạo dòng xoáy lốc của không khí, tăng khả năng hòa trộn với nhiên liệu

− Hình dạng đỉnh piston cũng có nhiều cải tiến, đỉnh piston có dạng lõm cong phù hợp với hướng và hình dạng tia phun

− Sử dụng bơm xăng cao áp như động cơ Diesel, cung cấp xăng có áp suất cao đến kim phun và phun trực tiếp vào xi lanh động cơ

− Kim phun nhiên liệu có thể tạo ra áp suất phun cao (50 kg/cm2), phun thành bụi mịn và phân bổ đồng đều hơn bên trong buồng đốt

Hình 2 2: Hình dạng piston ảnh hưởng đến quá trình hoà trộn hoà khí .

Hình 2 1: Các kiểu ống nạp tạo xoáy lốc không khí

− Vật liệu làm xy-lanh và piston có độ bền nhiệt và cơ học cao, do động cơ làm việc với tỷ số nén lớn, nhiệt sinh ra trong quá trình cháy cao hơn động cơ thông thường

2.1.2 Ưu điểm nổi bật

− Tăng công suất động cơ do động cơ GDI có tỷ số nén cao

− Tiết kiệm nhiên liệu do loại động cơ này có thể đốt cháy hỗn hợp không khí- nhiên liệu ở một tỷ lệ hòa trộn rất nhạt (30 - 65):1 so với 14,7:1 ở động cơ thường kết hợp với thời điểm phun được tính toán chính xác

− Giảm thiểu ô nhiễm khí thải do động cơ GDI tạo ra quá trình cháy hoàn hảo nên hầu như không có lượng nhiên liệu thừa trong khí xả, nồng độ CO và CO2 thấp

2.2 Đặc điểm động cơ GID

2.2.1 Kết cấu chung của động cơ phun xăng trực tiếp

Kết cấu động cơ GDI cũng tương tự như động cơ EFI, điểm khác nhau cơ bản là

hệ thống buồng cháy, hệ thống nhiên liệu, và hệ thống điều khiển nhiên liệu và đánh lửa (ECU) Bộ bộ xử lý khí thải, động cơ GDI có bố trí thêm một bộ xúc tác (bộ xúc tác kép) để có thể xử lý khí thải khi động cơ hoạt động chế độ hỗn hợp nghèo

Về cấu tạo hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp GDI (Gasonline Direct Injection) khá phức tạp, nhưng nguyên tắc cơ bản vẫn sử dụng các tín hiệu từ động cơ (qua các cảm biến) rồi xử lý tại bộ xử lý trung tâm ECU để điều chỉnh vòi phun (thời điểm, lưu lượng, áp suất) Dưới đây là một cảm biến quang trọng

Hình 2 3: Sơ đồ hệ thông nhiên liệu động cơ GDI

Nguyên lý làm việc hệ thống GDI: Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp có nhiều đặc điểm của động cơ Diesel Không sử dụng chế hòa khí hay phun nhiênliệu đa điểm, hệ thống sử dụng kim phun nằm trực tiếp trong buồng đốt của xilanh Có thể tóm tắt như sau: ở chu kì hút, xupap hút chỉ hút không khí, cuối hành trình này kim phun đưa 1 lượng nhiên liệu vào trộn ngay trong buồng đốt Chu kì nén, khi piston lên gần với đỉnh xylanh, kim phun tiếp 1 lượng nhiên liệu đồng thời bugi đánh tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp đẩy piston xuống dưới, chu kì cuối xupap xả mở Như vậy, có thể thấy việc tách kì hút không khí tạo điều kiện cho các động cơ siêu nạp đưa nhiều không khí vào cùng với áp suất do kim phunnhiên liệu sẽ giúp áp suất cháy lên rất cao, tạo ra công suất cao hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn Khó khăn duy nhất của động cơ này là việc chế tạo tay biên sẽ phải cứng hơn để chịu áp suất lớn hơn, thứ hai là hệ thống kim phun phức tạp hơn do chịu áp suất

và muội nhiên liệu đóng két lại

2.2.2 Hệ thống điều khiển điện tử của động cơ GDI

Vòi phun của hệ thống GDI làm việc ở áp suất rất cao (50-200bar) Vì vậy để mở vòi phun cần phải một modun kích hoạt dùng tụ điện phóng dòng có điện áp cao từ 50-

90 volt để mở vòi phun Việc nhận biết lượng khí nạp vào động cơ cũng phức tạp hơn động cơ MFI bởi vì lượng khí xả hồi nạp cho động cơ là thành phần chính trong khí nạp Trên các loại động cơ hiện nay ngoài cảm biến khối lượng không khí nạp (MAFS) còn

Hình 2 4: Sơ đồ điều khiển hệ thống GDI

trang bị thêm cảm biến áp suất tuyệt đối đường nạp (MAPS) dùng nhận biết khối lượng không khí nạp và tính toán áp suất trong đường ống nạp từ đó so sánh với áp suất tuyệt đối đường ống nạp để biết được khối lượng khí xả hồi nạp

Hệ thống GDI cũng sử dụng một bộ điều khiển vị trí bướm ga điện tử Tuy nhiên khác với các hệ thống phun xăng nhiều cổng, trên hệ thống GDI phần lớn thời gian bướm ga luôn mở lớn hoàn toàn Momen của động cơ được điều chỉnh do lượng nhiên liệu phun nhiều hay ít, tương tự như động cơ diesel

2.3 Đặc tính kỹ thuật của động cơ GDI

Đường ống nạp thẳng góc với piston, tạo được sự lưu thông của lưu lượng gió tối

ưu nhất Không khí di chuyển trực tiếp vào đỉnh piston và sẽ tạo xoáy lốc rất mạnh, đó cũng là thời điểm tốt nhất cho việc phun nhiên liệu vào động cơ

Hình dạng đỉnh piston lồi, lõm tạo thành buồng cháy tốt nhất, sự hòa trộn nhiên liệu với không khí tối ưu nhất (hơn cả loại phun xăng MPI)

Bơm xăng cao áp cung cấp xăng có áp suất cao đến kim phun và phun trực tiếp vào xi lanh động cơ

Kim phun nhiên liệu có áp suất phun cao (50 KG/cm2), chuyển động xoáy lốc kết hợp với không khí tạo thành hỗn hợp hòa khí tốt nhất

Ở chế độ tải nhỏ nhiên liệu được phun ở cuối quá trình nén Ở chế độ đầy tải nhiên liệu được phun ở quá trình nạp

Tiêu hao nhiên liệu ít hơn 35% so với động cơ phun xăng MPI hiện nay

2.4 Kết cấu hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ GDI

2.4.1 Đặc trưng quá trình cung cấp nhiên liệu trên động cơ GDI

Quá trình hình thành hỗn hợp trong động cơ GDI được thiết kế để động cơ phát huy công suất cực đại nhưng vẫn giữ được chỉ tiêu khí thải thấp Nó được thiết lập theo hai chế độ hoạt động chủ yếu của động cơ: chế độ tải thấp, vận tốc thấp và chế độ tải lớn; hỗn hợp được hình thành theo hai kiểu đồng nhất và phân lớp theo chế độ vận hành

và vận tốc xe

Thời điểm phun nhiên liệu phụ thuộc chủ yếu vào kết quả nghiên cứu thực nghiệm Các nhà sản xuất động cơ đã thực nghiệm và đưa ra các kiểu phun 1 lần vào cuối quá trình nén tương ứng với chế độ tốc độ động cơ thấp, kiểu phun hai lần một lần vào nửa đầu quá trình nạp, một lần phun tiếp theo trong cùng một chu kỳ công tác của xy lanh vào trước thời điểm đánh lửa ở chế độ tải trung bình của động cơ Kiểu phun một lần

duy nhất vào nửa đầu chu kỳ nạp cũng được thực hiện tương ứng với chế độ toàn tải của động cơ Việc chọn lựa thời điểm phun thay đổi và tương đối phức tạp là do cần thực hiện chế độ cháy nghèo hơn hẳn so với kiểu động cơ phun nhiên liệu ngoài buồng đốt MPI mà vẫn đáp ứng được yêu cầu công suất động cơ lớn và mức độ ô nhiễm khí xả nhỏ

2.4.1.1 Chế độ tải thấp, vận tốc thấp

Trong điều kiện vận hành động cơ bình thường, tốc độ ôtô nhỏ hơn 20km/h, động

cơ hoạt động ở chế độ hỗn hợp loãng nhằm tiêu thụ nhiên liệu thấp

Ở chế độ này, nhiên liệu được phun vào xylanh ở cuối kỳ nén (giống như trường hợp động cơ Diesel), tia lửa điện xuất hiện trong điều kiện tỉ số dư lượng không khí (tỉ số A/F) của hoà khí có giá trị 30 – 40 (từ 35 – 55 nếu sử dụng hệ thống hồi lưu khí xả) Quá trình cháy diễn ra với hỗn hợp loãng nhờ vào sự hình thành hỗn hợp không khí – nhiên liệu theo kiểu phân tầng

Mặt khác, đối với động cơ diesel, nhiên liệu được phun trực tiếp vào trong xylanh, phương pháp hình thành hỗn hợp này sẽ tránh được hiện tượng cháy sớm thường gặp ở động cơ xăng Với ưu điểm này cho phép động cơ diesel hoạt động ở tỉ số nén cao, do

đó hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao Tuy nhiên, động cơ diesel cũng có mặt hạn chế đó

là thời gian hoà trộn giữa nhiên liệu sau khi phun vào buồng đốt và không khí được nén trong xylanh rất ngắn; do đó, trong xylanh sẽ có những khu vực hoà khí loãng và có những khu vực có hoà khí đậm; kết quả là quá trình cháy diễn ra không hoàn toàn, nồng

độ chất ô nhiễm tăng, đặc biệt là thành phần sót trong khí thải

Động cơ GDI được thiết kế nhằm kết hợp ưu điểm của động cơ diesel (tỉ số nén cao, tiết kiệm nhiên liệu) và động cơ xăng (tính bay hơi của nhiên liệu, tính năng động

cơ cao), đồng thời khắc phục được hạn chế của hai loại động cơ trên Để thực hiện được mục đích thiết kế này, quá trình hình thành hòa khí được thực hiện theo phương pháp nạp phân tầng nhờ kết cấu đặt biệt của động cơ Kim phun phun nhiên liệu áp suất cao vào một vị trí cố định trong xylanh, thường là một vị trí trên đỉnh piston, nhờ kiểu thiết

kế biên dạng đặt biệt của piston, dòng nhiên liệu được hướng đến cực bugi, khu vực hoà khí xung quanh điện cực bugi gần với hoà khí lý tưởng do đó hoà khí bốc cháy nhanh Trong xylanh, hình thành lớp hoà khí có λ ≈ 1 phân bố xung quanh bugi đánh lửa, và lớp hoà khí nhạt xung quanh Trong quá trình lan tràn màng lửa đến lớp hoà khí nhạt nhiệt độ màng lửa giảm nhanh chóng, do đó nồng độ NOx giảm Ngoài ra, do lượng O2 tại lớp hoà khí nhạt nhiều nên kết hợp với CO sinh ra trong quá quá trình cháy tạo thành CO2, giảm mức độ độc hại của khí xả

Kết quả, ở chế độ tải thấp, phương pháp hình thành hỗn hợp phân lớp trong buồng cháy cho phép nhiên liệu phun trễ vào cuối kỳ nén, hoà khí loãng, do đó giảm tiêu hao nhiên liệu Mặc dù hoà khí nạp vào buồng đốt loãng nhưng quá trình cháy diễn ra ổn định (tỉ lệ A/F α = 40:1; α = 55: 1 đối với động cơ có hệ thống hồi lưu khí xả)

2.4.1.3 Dòng chảy trong quá trình nạp

Với cách bố trí đường ống nạp thẳng đứng, dòng không khí nạp vào xylanh trong động cơ GDI hoà trộn với nhiên liệu được phun từ kim phun tốt hơn dòng không khí nạp trong động cơ MPI Các đường ống đặt thẳng đứng hướng dòng không khí trực tiếp đến đỉnh piston, sau khi va chạm vào đỉnh piston, dòng không khí xoáy (phản xạ) ngược lên trên (nhờ vào hình dạng đặt biệt của đỉnh piston) hoà trộn tốt với dòng nhiên liệu phun vào xylanh

Ngoài ra, hướng chuyển động xoáy của dòng khí cùng hướng của dòng nhiên liệu đến cực bugi; do đó, có tác dụng hỗ trợ dòng nhiên liệu đến cực bugi

Hình 2 5: Ảnh hưởng của góc phun sớm đối với việc tạo thành hoà khí phân tầng

2.4.1.4 Hình dạng tia phun

Ngoài các yếu tố quan trọng ở trên, hình dạng tia nhiên liệu cũng là yếu tố rất quan trọng để hình thành được hỗn hợp phân tầng, hỗn hợp đồng nhất Trong trường hợp tạo hỗn hợp đồng nhất, tia nhiên liệu cần phun rộng vào xylanh nên tia nhiên liệu có dạng hình côn

Trong trường hợp tạo hỗn hợp phân lớp, tia nhiên liệu được phun tập trung vào một vị trí trên đỉnh piston, được đỉnh piston hướng dòng đến cực bugi trong quá trình di chuyển lên điểm chết trên, hình thành lớp hoà khí có λ = 1 xung quanh cực bugi và lớp hoà khí rất loãng xung quanh

Cấu tạo đặc biệt của kim phun áp suất cao của động cơ GDI tạo nên hình dạng hợp

lý của tia phun ứng với các chế độ hoạt động của động cơ

2.4.1.5 Tối ưu kết cấu buồn đốt

Đỉnh Piston được thiết kế theo biên dạng cong có tác dụng định hình và hướng dòng hỗn hợp không khí – nhiên liệu trong buồng đốt động cơ và có vai trò quan trọng trong việc duy trì hỗn hợp đồng nhất Nhờ vào biên dạng cong của đỉnh piston, hoà khí sau khi được phun trễ vào buồng đốt cuối kỳ nén được hướng dòng đến tâm cháy (bugi) trước khi khuyếch tán

Hình 2 6: Ảnh hưởng hướng ống nạp đến việc tạo xoáy lốc trong xylanh

Hình 2 7: Biên dạng của đỉnh piston ảnh hưởng đến sự hình thành hỗn hợp phân lớp

2.4.2 Sơ đồ cấu tạo

Hệ thống nhiên liệu của động cơ GDI về cơ bản bao gồm: bơm tạo áp suất phun,

hệ thống phân phối và ổn định áp suất (common rail), kim phun, hệ thống điều khiển phun, và các thiết bị phụ khác như: thùng nhiên liệu, lọc, bơm chuyển tiếp, van an toàn,

2.4.3 Nguyên lý hoạt động

Ở động cơ GDI, nhiên liệu được đưa trực tiếp vào buồng đốt ở kỳ nạp hoặc kỳ nén

Để đưa được nhiên liệu vào buồng đốt động cơ trong kỳ nén, hệ thống nhiên liệu phải đáp ứng được yêu cầu áp suất phun nhiên liệu của kim phun phải lớn hơn áp suất trong buồng đốt ở kỳ nén, đồng thời để nhiên liệu được phun tơi hòa trộn tốt với không khí trong buồng đốt thì áp suất phun đòi hỏi phải lớn hơn áp suất không khí trong buồng đốt ở kỳ nén rất nhiều

Việc tạo hỗn hợp trong buồng đốt động cơ GDI liên quan trực tiếp đến quá trình cung cấp nhiên liệu Nếu việc cung cấp nhiên liệu không đạt yêu cầu sẽ dẫn tới quá trình tạo hỗn hợp không tốt và quá trình cháy sẽ không phát huy hết công suất của động cơ, nhiên liệu không được đốt cháy hoàn toàn sẽ gây ra tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường

Hình 2 8: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ GDI