Bởi những lý do trên em đã lựa chọn đề tài tiểu luận “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP GDI CỦA TOYOTA CAMRY ” để nắm rõ hơn kiến thức cơ bản về lý thuyết, cấu tạo, hư hỏng, chẩn đ
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
MÔN HỌC: NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
TIỂU LUẬN CUỐI KỲ
ĐỀ TÀI:HỆ THỐNG PHUNG XĂNG TRỰC TIẾP
(GDI)
GVHD: PGS TS.LÝ VĨNH ĐẠT SVTH: NGUYỄN XUÂN CHÁNH MSSV : 22845024
LỚP: 22LC45SP2L
Trang 2LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, chúng em xin cảm ơn quý Thầy Cô từ khoa Cơ Khí Động Lực, trướng Đại học sư phạm Kỹ thuật TPHCM đã tận tình dạy bảo, xây dựng những kiến thức cơ bản cần thiết cho em trong suốt thời gian học tập tại trường , em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy giảng dạy ở bộ môn nguyên lý động cơ đốt trong đã hướng dẫn và dạy cho chúng em những kiến thức chuyên sâu liên quan đến hệ thống GDI, tạo tiền đề và điều kiện giúp em thực hiện thành công tiểu luận này
Và đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy LÝ VĨNH ĐẠT đã giúp
đỡ và hỗ trợ để em có thể hoàn thành tiểu luận đúng thời hạn và thành công Cảm ơn Thầy vì những tri thức, những kinh nghiệm và những điều Thầy đã chia
sẻ với em để em có thêm kiến thức, niềm tin để thực hiện tiểu luận này Mắc dù
đã rất cố gắng do thời gian làm tiểu luận có hạn, công việc lớn và trình độ còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót em rất mong nhận được
sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô để tiểu luận này hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn
TPHCM ngày 30 tháng 9 năm 2023
sinh viên thực hiện
nguyễn xuân chánh
Trang 3MỤC LỤC
Nội dung
LỜI CẢM ƠN 2
MỤC LỤC 3
LỜI MỞ ĐẦU 4
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHUNG XĂNG TRỰC TIẾP GDI 4
1.1: LỊCH SỬ HÌNH THÀNH 4
1.2: TỔNG QUANG VỀ HỆ THỐNG GDI 5
1.3: NHỮNG ĐẶC TÍNH RIÊNG BIỆT CỦA GDI TRÊN TOYOTA CAMRY: 7
1.4: NHỮNG ĐẶT TÍNH KỸ THUẬT CỦA GDI TRÊN TOYOTA: 7
CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG GDI 8
2.0: KHÁI NIỆM 8
2.1: CẤU TẠO 8
A phần thấp áp: 9
B Phần cao áp: 9
C.Bơm cao áp: 9
D kim phun: 10
E. Cảm biến áp suất ống rail FPS: 11
F Các đường ống cao áp và ống rail: 11
2.2.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA GDI: 12
A phần tần nạp: 12
B phần nạp đồng nhất: 12
C.các chế độ phun nhiên liệu của phun xăng trực tiếp: 13
Các chế độ phun: 13
CHƯƠNG 3: ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP GDI 14
3.1 ƯU ĐIỂM: 14
3.2 NHƯỢC ĐIỂM: 14
CHƯƠNG 4: SO SÁNH THỰC TIỄN GIỮA HỆ THỐNG GDI VÀ HỆ THỐNG KHÁC 15
4.1 SO SÁNH GIỮA GDI VÀ EFI 15
*Giống nhau: 15
*khác nhau: 15
*về công suất: 15
* ĐÁNH GIÁ: 15
KẾT LUẬN 16
Trang 4LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây các nhà sản xuất ô tô đang có xu hướng nghiên cứu và phát triển ô điện để dần thay thế những chiếc xe ô tô truyền thống sử dụng nhiên liệu hóa thạch Những chiếc ô tô điện được trang bị rất nhiều tính năng hiện đại và được đánh giá cao về tính thân thiện với môi trường, tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của nó lại nằm ở tuổi thọ của pin và thời gian để sạc đầy pin Do đó, những chiếc ô tô sử dụng động cơ đốt trong vẫn giữ một vai trò quan trọng và phù hợp hơn trong mọi hoạt động kinh tế và xã hội của con người Hiện nay tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng được báo động, thêm vào đó số lượng xe ô tô ngày càng tăng nhanh đồng nghĩa với việc sẽ có nhiều khí thải độc hại phát tán vào môi trường, để đảm bảo chất lượng không khí an toàn đối với sức khỏe con người, việc nghiên cứu phát triển để giảm phát thải các khí độc hại trong quá trình hoạt động
mà động cơ sinh ra lại càng được chú trọng Mặt khác với số lượng xe tăng nhanh đồng nghĩa với nhu cầu bảo dưỡng sửa chữa cao Vì vậy, việc nắm rõ và hiểu biết đầy đủ về việc sử dụng, khai thác, bảo dưỡng, sửa chữa là yếu tố cần thiết và quan trọng Bởi những lý do trên em đã lựa chọn đề tài tiểu luận “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP GDI CỦA TOYOTA CAMRY ” để nắm rõ hơn kiến thức cơ bản về lý thuyết, cấu tạo, hư hỏng, chẩn đoán của hệ thống nhiên liệu xăng GDI và công nghệ sử lý khí thải độc hại sinh ra trong quá trình hoạt động của động cơ xăng nhằm hạn chế tối đa sự ảnh hưởng của khí thải đến môi trường
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHUNG XĂNG
TRỰC TIẾP GDI 1.1: LỊCH SỬ HÌNH THÀNH
Động cơ phung xăng trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection - có nghĩa là phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt động cơ) chắc chắn không còn là một công nghệ mới mẻ trên các động cơ ô tô ngày nay Công nghệ này thực chất đã được giới thiệu vào năm 1925 trên động cơ Hesselman giành cho máy bay Tiếp sau
đó, trong những năm 50, Mercedes cũng đã ứng dụng công nghệ này trên chiếc
xe Mercedes Benz Gullwing (1953) Xu hướng phát triển của các nhà sản xuất oto là nghiêng cứu hoàn thiện qua trình hình thành hỗn hợp cháy để đạt được sự cháy kiệt,tăng tính linh hoạt kinh tế nhiên liệu và giảm được khí thải độc hại ra môi trường vì thế công nghệ gasoline direct injection (GDI) là một giải pháp
Trang 5- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
1.2: TỔNG QUANG VỀ HỆ THỐNG GDI
Hệ thống này được chính thức đưa vào sử dụng lần đầu tiên bởi hãng misubishi trê
n mẫu xe Galant Legnum, vào năm 1996
Trang 6Sự ra đời của hệ thống phun xăng trực tiếp GDI được coi là một bước đột phá trong lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu cho động cơ đốt trong Mặc dù ý tưởng sử dụng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào trong buồng cháy cho động cơ xăng đã có từ rất lâu, nhưng do quá nhiều yếu tố chủ quan - khách quan khiến cho nhiều hãng tên tuổi phải “lùi bước” Với việc lắp một vòi phun nhiên liệu bên trong xylanh (giống động cơ diesel) có áp suất phun lớn, nhà sản xuất hoàn toàn có thể đẩy tỉ số nén của động cơ lên cao, giúp hỗn hợp không khí-nhiên liệu “tơi” hơn Quá trình cháy diễn
ra “hoàn hảo”, mang lại hiệu suất động cơ cao hơn, công suất lớn hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn và đặc biệt là giảm thiểu khí xả vào môi trường
1.Hộp thu hồi xăng
2.Van thu hồi xăng
3.Bơm cao áp
4.Cảm biến và bộ ổn định thời gian
5.Cuộn đánh lửa và bugi
6.Cảm biến lưu lượng khí và nhiệt độ
7.Bướm ga điều khiển điện tử
8 Cảm biến áp suất khí nạp
9.Cảm biến áp suất ống rail
Trang 710.Dàn phân phối nhiên liệu cao áp
11.Cảm biến vị trí trục cam
13.bộ tuần hoàn khí xả
14.Kim phun cao áp
15.Cảm biến kích nổ động cơ
16.Cảm biến nhiệt độ động cơ
17.Bộ xử lý khí thải
18.Cảm biến ôxy số 2
19.Cảm biến tốc độ động cơ
20.ECU động cơ
21.Cảm biến vị trí bàn đạp ga
22.Bơm chuyển tiếp nhiên liệu
23.Cảm biến nhiệt độ khí xả
24.Xử lý khí thải
25.Cảm biến Lamda đường xả
26.Thùng nhiên liệu
1.3: NHỮNG ĐẶC TÍNH RIÊNG BIỆT CỦA GDI TRÊN TOYOTA
CAMRY:
Tiêu thụ nhiên liệu ít hơn, tối ưu hơn và hiệu suất cao hơn Thời điểm phun được tính toán rất chính xác nhằm đáp ứng sự thay đổi tải trọng của động cơ Định lượng phun vào xylanh động cơ khi khởi động chính xác hơn làm cho động cơ khởi động lạnh dễ dàng hơn.Ở chế độ tải trung bình và xe chạy trong thành phố thì nhiên liệu phun ra ở cuối thì nén, tương tự như động cơ diesel và như vậy hổn hợp đi rất nhiều.Ở chế độ đầy tải, nhiên liệu được phun ra cuối cùng thì tải, điều này có khả năng cung cấp 1 hổn hợp đồng nhất giống như cơ động MPI nhắm mục tiêu đạt được hiệu suất cao
- Quá trình cháy với hổn hợp cực: Ở tốc độ cao (trên 120 Km/h), động cơ “GDI” sẽ đốt 1 hổn hợp nhiên liệu cực tận, tiết kiệm được lượng nhiên liệu tiêu thụ Ở chế độ này, nhiên liệu được phun ra cuối kỳ nén và kỳ nổ: tỉ lệ hổn hợp là cực phi , (Không
Trang 8khí/Nhiên liệu) = 30-40 (35-55 bao gồm EGR) Ô nhiễm môi trường tạo khí thải ra
là nhỏ nhất
1.4: NHỮNG ĐẶT TÍNH KỸ THUẬT CỦA GDI TRÊN TOYOTA:
- đường ống nạp thẳng góc với piston, tạo được sự lưu thông của lưu lượng gio tối
ưu nhất không khi 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, tạo được sự hoa trộn nhiên liệu và không khí tối ưu nhất(hơn cả 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
-tiêu hao nhiên liệu ít hơn 35% so với động cơ xăng MPI hiện nay
CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ
THỐNG GDI 2.0: KHÁI NIỆM
xăng) trực tiếp vào buồng đốt động cơ
iểu phun nhiên liệu khác. Hệ thống
ộng cơ đạt hiệu suất hoạt động tốt mà
ẫn tiết kiệm nhiên liệu Đó là lý do hệ
hững dòng xe ô tô hiện đại.
-Một hệ thống có các kim phun đưa nhiên liệu vào thẳng trực tiếp buồng đốt thay
vì cửa nạp như trước đây Vì thế nó hạn chế được tình trạng cặn bám trên đường ống nạp phía trước xupap, giúp tăng công suất hoạt động, giảm khí thải, tiết kiệm nhiên liệu
Trang 9-Phun xăng GDI áp dụng lần đầu trên ô tô vào năm 1953 và không ngừng được cải tiến, hoàn thiện Ngày này chúng được áp dụng trên rất nhiều dòng xe khác nhau nhằm đạt hiệu quả cao nhất khi vận hành
2.1: CẤU TẠO
-hệ thống phung xăng trực tiếp GDI gồm 2 phần chính:
Phần thấp áp và phần cao áp
-Nhìn chung phần hệ thống thấp áp hoàn toàn giống với hệ thống phun xăng đa điểm MPI thông thường: gồm có bơm xăng, lọc xăng, van điều áp, tất cả được đặt trong thùng xăng Xăng được bơm hút qua lọc thô, lọc tinh theo đường ống nhiên liệu dẫn đến bơm cao áp
-Áp suất nhiên liệu thấp áp: từ 4.5 – 6 kg/cm2 tùy theo xe, nhìn chung áp suất này cao hơn áp suất của hệ thống phun xăng đa điểm MPI thông thường nhằm duy trì sự mạnh và ổn định lên bơm cao áp
B Phần cao áp:
Nếu như phần áp suất thấp áp gần giống với hệ thống MPI thì sự khác biệt ở đây chủ yếu là bên phần áp suất cao áp gồm có bơm cao áp, ống rail, cảm biến áp suất ống rail và kim phun
C.Bơm cao áp:
*C1.cấu tạo bơm cao áp:
Động cơ phun xăng trực tiếp Yêu cầu phun xăng với áp lực cao, để nâng cao nhiên liệu Sương và đẩy nhanh quá trình chuẩn bị hỗn hợp Để đạt được yêu cầu đó trên động cơ ngoài bơm điện thì bơm piston cao áp thường được sử dụng, do đó cấu hình của nó tương đối đơn giản
Trang 10- Các thành phần chính của bơm nhiên liệu cao áp là: piston bơm (12), trục cam có ba cực trôi nhau 1200 trong một đường tròn (1), van áp suất (10) được điều khiển bởi động cơ ECU
- Khi piston bắt đầu chuyển động đi lên, van điều khiển tại thời điểm này vẫn chưa bị đóng Sau đó nhiên liệu trong xy lanh nhiên liệu sẽ được ép lại Để đóng van trong quá trình chuyển động của piston đi lên, ECU gửi các lệnh thích hợp tới dây cuộn (6) tạo lực hút lõi từ tính đi lên, đồng thời đưa ra hiệu suất đi lên Sau khi đóng van, áp suất trong xy lanh
nhiên liệu bắt đầu tăng
*C2.điều khiển phun nhiên liệu:
- Khi xe hoạt động ở chế độ bình thường hoặc tải nhỏ, nhiên liệu được phun vào để hòa hợp tốt với không khí, đảm bảo đốt cháy sạch và tiết kiệm nhiên liệu tối đa
- Khi xe hoạt động với tốc độ tải lớn hoặc tăng, nhiên liệu được phun vào đốt cháy trong suốt quá trình tải, làm sạch nhiên liệu hợp nhất-không khí được trộn với tốc
độ đồng nhất và có thêm một lượng nhiên liệu phun nhỏ vào để động cơ tăng tốc
C ống phân phối nhiên liệu:
-Là phần cốt lõi của hệ thống, được nối với ống góp thông qua màng tiết lưu Tất cả các kim phun áp cao đều được nối từ ống này Theo yêu cầu của việc phun nhiên liệu, áp suất trong ống phải được điều tiết chính xác theo giá trị tham chiếu lưu trữ trong ECU, hạn chế tối đa dao động áp suất
D kim phun:
D1.cấu tạo:
-bộ lọc đảm bảo yêu cầu nhiên liêu đi vào kim phun phải thật sạch , giắc cắm nối với mạch điều khiển, cuộn dây tạo ra từ trường khi có dòng điện khi kim tác động đến sự đóng mở của van kim , van kim đóng kính vòi phun
D2.yêu cầu của kim phun:
-Kim phun nhiên liệu của động cơ GDI được bố trí trực tiếp trong buồng đốt Kim phun là một nhân tố cấu thành buồng đốt của động cơ GDI: một mặt, nó quyết định khoảng không gian thời gian và vị trí của dòng nhiên liệu cung cấp cho buồng đốt Mặt khác,
nó quyết định lượng nhiên liệu cấp vào buồng đốt để tạo ra tỷ lệ hỗn hợp chính xác và tạo ra vùng hỗn hợp đậm dễ cháy xung quanh bougie tại thời điểm đánh lửa.So với kim phun nhiên liệu ở động cơ PFI, thì yêu cầu đối với kim phun động cơ GDI đòi hỏi cao hơn nhiều
Trang 11Trong thời gian ngắn từ 0.9 đến 6.0 ms phải đưa được lượng nhiên liệu từ 5 đến 60 mg vào buồng đốt và phải đạt được những yêu cầu trên
D3.nguyên lý làm việc kim phun:
-Khi chưa có dòng điện chạy qua cuộn dây của nam châm điện, lò
xo ép kim phun xuống đế Lúc này vòi phun ở trạng thái đóng kín Khi cuộn dây nhận được tín hiệu từ ECU, lõi solenoid sẽ bị kéo lên thắng được sức căng của
lò xo, thắng áp lực của nhiên liệu đè lên kim Do lõi solenoid và van kim được lắp thành khối nên kim phun cũng bị kéo lên tách khỏi đế kim khoảng 0,1 mm
và nhiên liệu được phun ra
E Cảm biến áp suất ống rail FPS:
-Cảm biến áp suất ống rail FPS (Fuel Pressure Sensor) thường được gắn ở đầu ống rail dùng để đo áp suất nhiên liệu thực tế ở bên trong ống rail gửi tín hiệu về ECM dưới dạng điện áp Cảm biến áp suất ống rail có 3 dây: 1 dây dương 5V lấy từ hộp, 1 dây mass hộp và 1 dây tín hiêu đưa về hộp
Chức năng FPS:
buồng đốt động cơ
động của động cơ
Trang 12F Các đường ống cao áp và ống rail:
- Tất cả các đường ống này đều được làm từ thép hợp kim không gỉ chống ăn mòn về hóa học Ống rail hay bên ngoài hay còn gọi là ống sáo, thuật ngữ rail này lấy từ hệ thống phun dầu điện tử Common Rail vì hình dạng của nó tương tự bên hệ thống phun dầu và nhiệm vụ cũng là
để tích trữ nhiên liệu áp suất cao từ bơm cao áp lên
Trang 132.2.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA GDI:
-Xăng được phun thẳng vào bên trong xilanh, áp suất phun phụ thuộc vào
phương án phun (phun vào ở cuối kì nén đòi hỏi áp suất phải cao hơn nhiều so với phương án phun ở đầu kì nạp) Áp suất phun ban đầu có thể điều chỉnh trong phạm vi giới hạn cho từng kim Việc điều khiển kim phun và đánh lửa được thực hiện riêng lẻ Tùy thuộc vào chế độ tải của xe mà có 2 chế độ nạp chính: Phương pháp nạp phân tầng (ở chế độ tải vừa và nhỏ) và Phương pháp nạp đồng nhất (ở chế độ tải lớn đến toàn tải)
-nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng trực tiếp GDI cũng giống các hệ thống phun nhiên liệu khác nhưng đặc biệt hơn là tia lửa điện để đốt cháy hòa kí trên hệ thống GDI ngoài ra hệ thống GDI còn có 2 chế độ nạp
A phần tần nạp:
- Chế độ nạp theo tầng này sử dụng ở chế độ tải vừa và nhỏ Nhiên liệu sẽ
được phun vào kỳ nén – gần điểm
đánh lửa, động cơ hoạt động với lượng nhiên liệu nhỏ tập trung ngay trước bugi
B phần nạp đồng nhất:
- Chế độ nạp theo tầng này sử dụng ở chế độ tải vừa và nhỏ Nhiên liệu sẽ
được phun vào kỳ nén – gần điểm đánh lửa, động cơ hoạt động với lượng nhiên liệu nhỏ tập trung ngay trước bugi