Động cơ phun xăng trực tiếp

Động GDI ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG TRỰC TIẾP GDI 1.1 LỊCH SỬ RA ĐỜI CỦA ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG TRỰC TIẾP: 1.1.1 Quá trình phát triển động xăng kỳ: Theo lịch sử, động xăng kỳ đời vào năm 1876, hỗn hợp động tạo chế hòa khí (hình 3.1a) Mãi đến năm 1980, với thành tựu to lớn kỹ thuật điện tử – công nghệ thông tin, động phun xăng xuất với phương pháp hình thành hỗn hợp mới, chuyển trình tạo hỗn hợp phương pháp hiệu ứng Ventury trước sang phương pháp phun xăng đường ống nạp điều khiển định lượng xác cụm thiết bị điều khiển điện tử Sự cải tiến từ việc phun đơn điểm sang phun đa điểm đường ống nạp (MPI) tạo hỗn hợp đồng với tỷ lệ A/F xác mong muốn (hình 3.1b) Hình 1.1 – Sơ đồ minh họa phát triển động SI Với động MPI, góp phần giải giảm tình trạng ô nhiễm môi trường giảm suất tiêu hao nhiên liệu Tuy nhiên, thập kỷ nhà khoa học cho đời hệ động xăng động phun xăng trực tiếp vào buồng đốt (GDI) (hình 3.1c) có khả cháy hoàn hảo hơn, làm việc với tỷ lệ hòa khí cực loãng giới hạn tỷ lệ khối lượng không khí : nhiên liệu đến 1:40, lượng nhiên liệu tiêu thụ giảm dẫn đến việc khí thải ô nhiễm Tuy có mặt thị trường chưa 10 năm, dòng động chiếm lĩnh thị trường, Châu Âu Với tiêu chuẩn ngày khắc khe buộc nhà đầu tư phải ứng dụng dòng động vào ô tô Trang1 Động GDI Theo lịch sử nghiên cứu phát minh Mercedes – Benz, lần vào năm 1955 ứng dụng phun xăng trực tiếp vào buồng cháy động cylinder (Mercedes – Benz 300SL) với thiết bị bơm tạo áp suất phun Bosch Tuy nhiên, ứng dụng bị quên lãng vào thời điểm thiết bị điện tử chưa phát triển ứng dụng nhiều cho động ô tô nên việc điều khiển phun nhiên liệu động tuý khí, việc tạo hỗn hợp phân lớp, nghiên cứu lý thuyết sâu trình cháy bên động chưa nghiên cứu ngày Do đó, so với trình tạo hỗn hợp động trình tạo hỗn hợp buồng đốt không khả quan kết cấu giá thành cao nhiều Mãi đến năm 1996, tình trạng giá xăng dầu leo thang quy định ngày khắt khe tiêu chuẩn khí thải Misubishi Motors thương mại hóa động GDI (Gasoline Direct-Injection) đưa vào thị trường Nhật, 400.000 động động cho dòng xe chỗ đến trước năm 1999 Sự thành công hãng động lực thúc đẩy nhà sản xuất ô tô khác phải chuyển từ động MPI sang GDI: hãng PSA Peugeot Citron, Daimler Chrysler (duới quyền sáng chế cho phép Mitsubishi) áp dụng kỹ thuật cho dòng động vào khoảng năm 2000 – 2001, Volkswagen/Audi cho mắt kiểu động GDI vào năm 2001 tên gọi FSI (Fuel Stratified Injection), BMW cho đời động GDI V12 Các nhà sản xuất xe hàng đầu General Motors áp dụng kỹ thuật GDI cho động đời dòng xe vào năm 2002, sau Toyota phải từ bỏ việc tạo hỗn hợp động để chuyển sang tạo hỗn hợp buồng đốt mắt thị trường với động 2GR – FSE V6 vào đầu năm 2006 1.2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG TRỰC TIẾP - Sự tăng giá đột biến xăng dầu, tiêu chuẩn khí thải động ôtô ngày khắc khe buộc nhà khoa học giới không ngừng nghiên cứu tìm biện pháp nhằm tiết kiệm nhiên liệu kèm theo giảm khí thải động đốt Nhiều giảm pháp đưa ra, giải pháp xem thành công (áp dụng cho động sử dụng nhiên liệu xăng) cho đời động GDI (hỗn hợp tạo bên buồng đốt động cơ, với nạp cháy phân lớp) - Nhờ vào phát triển điện tử, tin học cách hai thập kỷ hệ động xăng PFI đời thay động xăng sử dụng carburattor, ưu điểm vượt trội loại động xăng PFI mà biết Cũng gần đây, xuất động GDI thay động PFI Mitsubishi nổ lực thiết kế chế tạo động có hiệu suất cao động phun xăng trực tiếp (GDI) Nhiều năm kỹ sư ô tô tin Trang2 Động GDI kiểu động tối ưu hóa nhiên liệu cung cấp trình cháy Động có công suất phát cao suất tiêu hao nhiên liệu thấp Cho tới nay, có nhiều hãng chế tạo thành công động GDI như: Toyota, Renualt, Nissan, Mercedes – Benz,… Kết khả phát triển động phun xăng trực tiếp GDI kỹ thuật nhà kỹ thuật giới vươn đến - Nhờ vào khả tạo hỗn hợp bên buồng đốt nên động GDI kiểm soát xác lượng nhiên liệu đưa vào buồng đốt chu trình hoạt động động cơ, khắc phục nhược điểm phun ống nạp nhiên liệu bị bám vào thành ống (hình 3.2) Hình 3.1 – Quá trình tạo hỗn hợp nghèo động GDI Hình 1.2 – Quá trình tạo hỗn hợp nghèo động GDI - Cũng nhờ vào việc phun nhiên liệu trực tiếp kết cấu buồng đốt nên động GDI hoạt động với tỷ lệ air/fuel loãng đảm bảo cho động cháy sạch, tiết kiệm nhiên liệu tối đa, giảm nồng độ khí thải ô nhiễm (nhờ phát huy tác dụng xúc tác dual – catalyst) (hình 3.3) Hình 1.3 – Nồng độ NOx khí xả sau qua xúc tác Trang3 Động GDI - Tỷ số nén động GDI nâng cao so với động PFI nên công suất động GDI lớn 10% so với động PFI dung tích cylinder Hình 1.4 – Đồ thị so sánh công suất, momen động MPI & GDI - Kết cấu hệ thống tăng áp cho động GDI thiết kế hoàn thiện động hoạt động với hỗn hợp cực nghèo - Tuy nhiên, nhiên liệu phun vào buồng đốt nên đòi áp suất phun phải lớn nhiều so với kiểu phun PFI, kết cấu kim phun phải đáp ứng điều kiện khắc nghiệt buồng cháy, hệ thống điều khiển phun nhiên liệu phức tạp nhiều hỗn hợp tạo phức tạp động PFI, kết cấu buồng đốt phức tạp phải bảo đảm điều kiện hỗn hợp cháy điều kiện cực nghèo… 1.3 KẾT CẤU CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG TRỰC TIẾP - Thực kết cấu chung động GDI tương tự động PFI, MPI, điểm khác hệ thống buồng cháy, hệ thống nhiên liệu, hệ thống điều khiển nhiên liệu đánh lửa (ECU) Ơ xử lý khí thải, động GDI có bố trí thêm xúc tác (bộ xúc tác kép) để xử lý khí thải động hoạt động chế độ hỗn hợp nghèo 1.3.1 Sự Khác Nhau Giữa GDI Và MPI Hiện Nay: - Đối với hệ thống nhiên liệu, động sử dụng chế hoà khí thay hệ thống phun nhiên liệu, phun đa điểm MIP Đối với loại nhiên liệu phun vào lổ nạp xylanh, hệ thống sử dụng rộng rải Tuy nhiên, động MPI có số giới hạn đáp ứng cung cấp nhiên liệu điều khiển cháy Bởi hỗn hợp nhiên liệu không khí nạp trước xy lanh Mitsubishi đẩy lùi giới hạn việc phát triển động phun xăng trực tiếp vào xu lanh động tương tự động diesel.Và nửa, đầu thời điểm phun điề u khiển xác theo điều kiện tải Trang4 Động GDI Hình1.5 - Sơ đồ kết cấu động GDI Mitsubishi với kiểu hệ thống buồng đốt Wall – Guide Hình 1.6 : Kết Cấu Chung Của Động Cơ Xăng GDI Mitsubishi Trang5 Động GDI Hình 1.7 Sơ đồ kết cấu loại động GDI 1.3.2 Những đặc tính kỹ thuật động GDI :       Đường ống nạp thẳng góc với piston, tạo lưu thông lưu lượng gió tối ưu Hình dạng đỉnh piston lồi, lõm hình vẽ tạo thành buồng cháy tốt nhất, tạo hòa trộn nhiên liệu + không khí tối ưu (hơn loại phun xăng MPI ) Bơm xăng cao áp cung cấp xăng có áp suất cao đến kim phun phun trực tiếp vào xi lanh động Kim phun nhiên liệu có áp suất phun cao (50 KG/cm 2), chuyển động xoáy lốc kết hợp với không khí tạo thành hổn hợp hòa khí ( xăng + gió) tốt Ở chế độ tải nhỏ nhiên liệu phun cuối trình nén Ở chế độ đầy tải nhiên liệu phun trình nạp Tiêu hao nhiên liệu 35% so với động phun xăng “ MPI ” Hình 1.8 : Cách Bố Trí Hệ Thống Nhiên Liệu Mitsubishi Trang6 Động GDI 1.3.3 Một Số Ưu Điểm Của GDI So Với Các Động Cơ MPI  Điều khiển lượng xăng cung cấp xác, hệ số nạp cao động diesel chí hẳn động diesel  Động có khả làm việc với hổn hợp cực loãng( Air/Fuel) = (35¸-55) (khi xe đạt vận tốc 120 Km/h)  Hệ số nạp cao, tỉ số nén cao ( =12) Động GDI vừa có khả tải cao, vận hành hoàn hảo, vừa có tiêu khác hẳn động MPI Hình 1.9 Đồ thị minh họa 1.3.3.1 Kiểm soát khí thải: Những nhà chế tạo ô tô trước luôn tìm cách để đốt cháy hổn hợp nhiên liệu loãng nhằm giảm thiểu kiểm soát lượng khí NO X Ngày nay, động GDI giảm 97% lượng khí NO X phát ra, điều đạt có tham gia khí thải hoàn lưu qua EGR cao nhờ vào đốt cháy ổn định hoàn hảo Trang7 Động GDI Hình 1.10 Đồ thị minh họa 1.3.3.2 Nâng cao hiệu suất động cơ: Để đạt hiệu suất cao so với loại động MPI trước đây, động GDI có tỉ số nén cao lọc không khí hữu hiệu Hiệu suất buồng đốt tốt nhiều Với ống hút thẳng góc xi lanh, gió vào xi lanh êm dịu Điều làm cho trình cháy xảy nhanh hơn, hoàn hảo hơn, nâng cao hiệu suất buồng đốt Hình 1.11 Đồ thị minh họa 1.3.3.3 Tỉ số nén cao : Trang8 Động GDI HììHình 1.12 Đồ thị minh họa So với loại động MPI, động GDI tăng thêm 10% công suất moment xoắn động số vòng quay công suất max số vòng quay moment max Hình 1.13 Đồ thị minh họa 1.3.3.4 Sự tiêu hao nhiên liệu tối ưu nhất: Thời điểm phun tính toán xác nhằm đáp ứng thay đổi tải trọng động Ở chế độ tải trọng trung bình xe chạy thành phố nhiên liệu phun cuối nén, giống động diesel hổn hợp loãng nhiều.Ở chế độ đầy tải, nhiên liệu phun cuối nạp, điều có khả cung cấp hổn hợp đồng giống động MPI nhằm mục đích đạt hiệu suất cao  Quá trình cháy với hổn hợp cực loãng : Ở tốc độ cao (trên 120 Km/h), động “GDI” đốt hổn hợp nhiên liệu cực loãng, tiết kiệm lượng nhiên liệu tiêu thụ Ở chế độ này, nhiên liệu phun cuối kỳ nén kỳ nổ: tỉ lệ hổn hợp cực loãng , (Air/Fuel) = 30¸-40 (35¸-55 bao gồm EGR)  Ở chế độ công suất cực đại : Khi động GDI hoạt động chế độ tải lớn, toàn tải, tốc độ cao nhiên liệu phun vào xi lanh động suốt Trang9 Động GDI kỳ nạp, cháy hoàn hảo hơn, nhiên liệu cháy sạch, cháy kiệt, động làm việc êm dịu, tiếng gõ Hình 1.13a Đồ thị minh họa 1.4 HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ GDI Hệ thống nhiên liệu động GDI bao gồm: bơm tạo áp suất phun, hệ thống phân phối ổn định áp suất (common rail), kim phun, hệ thống điều khiển phun, thiết bị phụ khác : thùng nhiên liệu, lọc, bơm chuyển tiếp, van an toàn, … Hình 1.14 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu loại động GDI Ở động GDI, nhiên liệu đưa trực tiếp vào buồng đốt kỳ nạp kỳ nén Để đưa nhiên liệu vào buồng đốt động kỳ nén, hệ thống nhiên liệu phải đáp ứng yêu cầu áp suất phun nhiên liệu kim phun phải lớn áp suất buồng đốt kỳ nén, đồng thời để nhiên liệu phun tơi hòa trộn tốt với không khí buồng đốt áp suất phun đòi hỏi phải lớn áp suất không khí buồng đốt kỳ nén nhiều (tỷ lệ xét phần sau) Trang10 Động GDI Hình 1.42 – Sơ đồ trình phun nhiên liệu kim phun lỗ Khả xuyên thấu chùm tia nhiên liệu phụ thuộc vào áp suất phun, áp suất cylinder, góc mở, góc tia phun Ơ lần phun thứ 2, áp suất cylinder cao lần đầu (vì cuối trình nén) góc mở tia nhiên liệu nhỏ Dòng nhiên liệu qua lỗ phun bị xoáy nhờ vào cấu tạo lỗ phun khỏi lỗ hạt nhiên liệu vừa chuyển động theo hướng thẳng vừa chuyển động tiếp tuyến Chùm tia nhiên liệu sau phun vào bị chuyển động dòng môi chất cylinder xuyên vào xé 1.7.2.1 Anh hướng góc mở tia phun: Hình 1.42a – Góc mở tia phun Góc tia chùm tia phun (α) mở dần đạt giá trị lớn diện tích làm việc lỗ kim lớn Điều phụ thuộc vào quán tính nhấc ty kim Thực nghiệm thấy góc phun lớn khả hòa trộn vào không khí cao, nhiên lớn độ xuyên thấu tia phun Trang33 Động GDI Bằng thực nghiệm người ta xác định góc độ tia nhỏ α < 900 khả hòa trộn chùm tia phun tốt Bằng thiết bị chụp ảnh buồng đốt người ta chụp hình ảnh minh họa góc phun tia phun Hình 3.43: - Hình 3.43 a – tia phun với góc phun α = 30 - Hình 3.43 b – tia phun với góc phun α ≈ 900 - Hình 3.43 c – tia phun ứng với thay đổi áp suất cylinder Ta nhận thấy áp suất buồng đốt tăng làm giảm tốc độ hạt nhiên liệu xuyên vào buồng đốt mà làm cho góc mở tia phun nhỏ lại Hình 3.43 a - Tia phun với góc phun α = 30 Trang34 Động GDI Hình 1.43b Hình dạng tia phun ứng với α=900 Hình 1.43 c Trang35 Động GDI Hình1.43 – Hình dạng tia phun buồng đốt GDI 1.7.2.1 Các loại kim phun: Dựa vào lỗ phun người ta chia loại kim lỗ phun loại nhiều lỗ phun Loại lỗ phun phần xét, loại nhiều lỗ phun (từ – 10 lỗ) chế phun tương tự lỗ có ưu điểm góc phun chùm tia phun rộng tạo điều kiện thuận lợi cho nhiên liệu hòa trộn bốc nhanh chóng Tuy nhiên, với số lỗ nhiều nên đường kính lỗ nhỏ nên dễ bị nghẹt trình hoạt động Hình 1.44 Hình dạng tia phun kim phun lỗ nhiều lỗ Trang36 Động GDI Hình 1.45 Mô hoạt động kim phun 1.7.2 Đặc trưng cung cấp nhiên liệu động phun xăng trực tiếp GDI Qu trình hình thnh hỗn hợp động GDI thiết kế để động phát huy công suất cực đại giữ tiêu khí thải thấp Nó thiết lập theo hai chế độ hoạt động chủ yếu động cơ: chế độ tải thấp, vận tốc thấp chế độ tải lớn; hỗn hợp hình thành theo hai kiểu đồng phân lớp tùy theo chế độ vận hành vận tốc xe Thời điểm phun nhiên liệu phụ thuộc chủ yếu vào kết nghiên cứu thực nghiệm nhà sản xuất động đ thực nghiệm v đưa kiểu phun lần vo cuối qu trình nn tương ứng với chế độ tốc độ động thấp, kiểu phun hai lần lần vào nửa đầu trình nạp, lần phun cng chu kỳ cơng tc xy lanh vo trước thời điểm đánh lửa chế độ tải trung bình động Kiểu phun lần vào nửa đầu chu kỳ nạp thực tương ứng với chế độ toàn tải động Việc chọn lựa thời điểm phun thay đổi tương đối phức tạp cần thực chế độ cháy nghèo hẳn so với kiểu động phun nhiên liệu buồng đốt MPI mà đáp ứng yêu cầu công suất động lớn mức độ ô nhiễm khí xả nhỏ 1.7.2.1Chế độ tải thấp, vận tốc thấp Trong điều kiện vận hành động bình thường, tốc độ ô tô nhỏ 20 km/h, động hoạt động chế độ hỗn hợp long nhằm tiêu thụ nhiên liệu thấp, chế độ Trang37 Động GDI này, nhiên liệu phun vào xylanh cuối kỳ nén (giống trường họp động Diesel), tia lửa điện xuất điều kiện tỉ số dư lượng không khí (tỉ số A/F) hoà khí có giá trị 30 – 40 (từ 35 – 55 sử dụng hệ thống hồi lưu khí xả) Quá trình chy diễn với hỗn hợp lỗng nhờ vo hình thnh hỗn hợp khơng khí – nhin liệu theo kiểu phn tầng  Sự nạp hồ khí phn tầng Sự hình thnh hồ khí xylanh theo kiểu phn tầng động hoạt động chế độ tải thấp, tốc độ ô tô thấp 20 km/h, chế độ chạy cầm chừng Ở loại động xăng truyền thống, hoà khí hình thnh bn ngồi xylanh, nạp vào xylanh trình nạp Sau nạp vo xylanh tỉ lệ hồ khí gần với tỉ lệ hồ khí lý tưởng đảm bảo trình diễn hồn tồn Tuy nhin, sau qu trình chy, lượng đáng kể nguyên tử O 2, N2 giải phóng từ khí nạp nhờ nhiệt lượng sinh trình chy Cc nguyn từ O 2, N2 nhanh chĩng kết hợp với tạo nn khí NOx gy ô nhiễm môi trường Mặt khác, động diesel, nhiên liệu phun trực tiếp vào xylanh, phương pháp hình thnh hỗn hợp ny trnh tượng cháy sớm thường gặp động xăng Với ưu điểm cho phép động diesel hoạt động tỉ số nén cao, hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao Tuy nhiên, động diesel có mặt hạn chế thời gian hoà trộn nhiên liệu sau phun vào buồng đốt không khí nén xylanh ngắn; đó, xylanh có khu vực hoà khí lỗng v cĩ khu vực cĩ hồ khí đậm đặc; kết trình chy diễn khơng hồn tồn, nồng độ chất ô nhiễm tăng, đặc biệt thành phần sót khí thải Động GDI thiết kế nhằm kết hợp ưu điểm động diesel (tỉ số nén cao, tiết kiệm nhiên liệu) động xăng (tính bay nhiên liệu, tính động cao), đồng thời khắc phục hạn chế hai loại động Để thực mục đích thiết kế này, trình hình thnh hịa khí thực theo phương pháp nạp phân tầng nhờ kết cấu đặt biệt động Kim phun phun nhiên liệu áp suất cao vào vị trí cố định xylanh, thường vị trí đỉnh piston, nhờ kiểu thiết kế biên dạng đặt biệt piston, dịng nhin liệu hướng đến cực bugi, khu vực hoà khí xung quanh nến đánh lửa gần với hoà khí lý tưởng hoà khí bốc cháy nhanh Trong xylanh, hình thnh lớp hồ khí cĩ λ ≈ phân bố xung quanh nến đánh lửa, lớp hoà khí nhạt xung quanh Trong trình lan trn mng lửa đến lớp hoà khí nhạt nhiệt độ màng lửa giảm nhanh chóng, nồng độ NOx giảm Ngoài ra, lượng O2 lớp hồ khí nhạt nhiều nn kết hợp với CO sinh qu qu trình chy tạo thnh CO 2, giảm mức độ độc hại khí xả Trang38 Động GDI Hình 1.46 - Ảnh hưởng góc phun sớm việc tạo thành hòa khí phân tầng Kết quả, chế độ tải thấp, phương pháp hình thnh hỗn hợp phn lớp buồng chy cho php nhin liệu phun trễ vo cuối kỳ nn, hồ khí lỗng, giảm tiêu hao nhiên liệu Mặc dù hoà khí nạp vào buồng đốt long trình chy diễn ổn định (hệ số dư lượng không khí có giá trị α = 40 : (α = 55 : động có hệ thống hồi lưu khí xả)) Hình 1.47 Minh họa Qu trình chy với hồ khí lỗng 1.7.2.2 Chế độ tải cao Để đạt mô-men, công suất động MPI, hoạt động chế độ tải cao, hệ thống điều khiển động điều chỉnh phương pháp hình thnh hỗn hợp từ chế độ nạp phân tầng sang chế độ nạp đồng Để đạt hỗn hợp đồng nhất, nhiên liệu bắt đầu phun vào xylanh khoảng thời gian nửa đầu trình nạp, nhin liệu phun vào xylanh với di chuyển xuống điểm chết dưới, hạn chế va chạm dịng nhin liệu với đỉnh piston, với hình dạng hợp lý tia phun (tia nhin liệu hình cơn), nhin liệu phn bố không gian tạo di chuyển xuống điểm chết piston đảm bảo hỗn hợp hoà trộn đồng nhất, giảm thiểu khả kích nổ; đó, động sinh công suất mô-men lớn Trang39 Động GDI 1.7.2.3 Dòng chảy trình nạp Với cách bố trí đường ống nạp thẳng đứng, dịng khơng khí nạp vào xylanh động GDI hoà trộn với nhiên liệu phun từ kim phun tốt dịng khơng khí nạp động MPI Các đường ống đặt thẳng đứng hướng dịng khơng khí trực tiếp đến đỉnh piston, sau va chạm vào đỉnh piston, dịng khơng khí xoáy (phản xạ) ngược lên (nhờ vào hình dạng đặt biệt đỉnh piston) hoà trộn tốt với dịng nhin liệu phun vo xylanh Ngồi ra, hướng chuyển động xoáy dịng khí cng hướng dịng nhin liệu đến cực bugi; đó, có tác dụng hỗ trợ dịng nhin liệu đến cực bugi Hình 1.48 So snh dịng khí nạp xylanh động GDI MPI 1.7.2.4 Hình dạng tia phun Ngồi cc yếu tố quan trọng trn, hình dạng tia nhin liệu l yếu tố quan trọng để hình thnh hỗn hợp phân tầng, hỗn hợp đồng Trong trường hợp tạo hỗn hợp đồng nhất, tia nhiên liệu cần phun rộng vào xylanh nên tia nhiên liệu có dạng hình Trong trường hợp tạo hỗn hợp phân lớp, tia nhiên liệu phun tập trung vào vị trí đỉnh piston, đỉnh piston hướng dịng đến cực bugi trình di chuyển ln điểm chết trên, hình thnh lớp hồ khí cĩ λ = xung quanh cực bugi v lớp hồ khí lỗng xung quanh Cấu tạo đặc biệt kim phun áp suất cao động GDI tạo nên hình dạng hợp lý tia phun ứng với cc chế độ hoạt động động 1.7.2.5 Tối ưu kết cấu buồng đốt Đỉnh Piston thiết kế theo biên dạng cong có tác dụng định hình v hướng dịng hỗn hợp khơng khí – nhin liệu buồng đốt động có vai trị quan trọng việc trì hỗn hợp đồng Trang40 Động GDI Nhờ vào biên dạng cong đỉnh piston, hoà khí sau phun trễ vào buồng đốt cuối kỳ nén hướng dịng đến tâm cháy (bugi) trước khuyếch tán 1.8 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 1.8,1 Ưu điểm động GDI Ta khảo st hai loại động GDI, MPI kích cỡ hng Mitsubishi để thấy r ưu điểm động GDI Bảng 1.1 So sánh thông số kỹ thuật động GDI động MPI (Hng Mitsubishi) Thơng số kỹ thuật (Đường kính) x (hành trình Piston) (mm) Thể tích cơng tc (cc) Số xylanh Xupp 4G93 – GDI 4G93 – MPI 81,0 x 89,0 81,0 x 89,0 1834 IL – DOHC, xupp nạp, 1834 IL – DOHC, xupp nạp, xupp xả 12,0 Piston đỉnh cong Thẳng đứng Phun trực tiếp vo xupp xả 10,5 Piston đỉnh Tiu chuẩn Tỉ số nn Buồng đốt Đường ống nạp Hệ thống nhin liệu p suất nhin liệu (MPa) xylanh 50 Phun trn ống nạp 3,3 3.8.1 Suất tiêu hao nhiên liệu 1.8.1.1 Chạy cầm chừng (Idling) - So với động phun xăng thông thường, lượng tiêu thụ nhiên liệu động GDI thấp khoảng 40% so với động MPI kích cỡ Trang41 Động GDI Hình 1.49- Đồ thị so sánh lượng tiêu thụ nhiên liệu động GDI MPI chế độ chạy cầm chừng 1.8.1.2 Tiêu thụ nhiên liệu chạy theo trớn (Cruising drive) Ở tốc độ 40 km/h, lượng tiêu thụ nhiên liệu động GDI thấp khoảng 35% so với động MPI kích cỡ Hình 1.50- Đồ thị so sánh lượng tiêu thụ nhiên liệu động GDI MPI chế độ chạy theo trớn 1.8.1.2.1 Tiêu thụ nhiên liệu chạy thành phố (City Driving) Sử dụng quy trình thử xe 10 – 15 chế độ Nhật Bản, lượng tiêu thụ nhiên liệu động GDI thấp khoảng 35% so với động MPI kích cỡ Hơn nữa, qua kết thử nghiệm cịn cho thấy động GDI tiêu thụ nhiên liệu động diesel Trang42 Động GDI Hình 1.51- Đồ thị so sánh lượng tiêu thụ nhiên liệu động GDI MPI hoạt động thành phố 1.8.2 Tính động 1.8.2.2 Tỉ số nén động Do khí nạp xylanh động làm lạnh bay nhiên liệu nên hạn chế tượng kích nổ động Do đó, cho phép tăng tỉ số nén động (ε = 12) cải thiện hiệu suất cháy động Hình 3.52 Đồ thị so sánh tỉ số nén động GDI MPI 1.8.2.3 Hiệu suất động Do động GDI có tỉ số nén hiệu suất nạp hệ thống nhiên liệu cao động phun xăng thông thường có kích cỡ nên hiệu suất động GDI cao (khoảng 5%) Trang43 Động GDI Hình 1.53- Đồ thị so sánh hiệu suất động GDI MPI 1.8.2.4 Mô-men công suất động So với động phun xăng thông thường có kích cỡ, động GDI có công suất mô-men xoắn cao khoảng 10% tốc độ Hình 1.54- Đồ thị so sánh công suất mô-men xoắn động GDI MPI Trang44 Động GDI Hình 1.55- Đồ thị so sánh mô-men xoắn hai chế độ hoạt động 1.8.2.5 Khả gia tốc ô tô Khả gia tốc bật động GDI thể r chế độ tải cao Tính biểu đồ thị sau: Hình 1.56- Đồ thị so sánh tính tăng tốc động GDI MPI Trang45 Động GDI Kết luận Khi tìm hiểu nghiên cứu môn học , với trình tìm tòi nghiên cứu làm tiểu luận môn học động GDI giúp cho chúng em biết yếu tố ảnh hưởng, tác động đến trình cháy, biết phương thức hình thành hỗn hợp, diễn biến trình cháy, thành phần tỉ lệ không khí - nhiên liệu, mô hình thực nghiệm ứng dụng để từ giúp cải thiện hiệu suất, công suất động cơ, giảm khí thải độc hại … Đặc biệt tránh tượng cháy kích nổ (đối với động đánh lửa cưỡng bức), hay tượng cháy trễ, cháy rớt, cháy không hoàn toàn (động Diesel),… Qu trình hình thnh hịa khí động GDI hình thnh hịa khí phn lớp chế độ tải thấp đ tạo nn ưu điểm bật cho động tiết kiệm nhiên liệu tiêu thụ, cải thiện tính hoạt động động Cc cải tiến kỹ thuật việc hình thnh hỗn hợp trn động GDI:  Ống nạp thiết kế thẳng đứng nhằm tối ưu dịng khơng khí vo xylanh  Đỉnh piston thiết kế theo biên dạng cong nhằm tối ưu trình chy  Sử dụng bơm nhiên liệu áp suất cao cung cấp đến vịi phun  Vịi phun nhin liệu p suất cao tối ưu việc hoà trộn hoà khí bên buồng đốt Ưu, nhược điểm hệ thống phun xăng điện tử: So với hệ thống dùng chế hoà khí hệ thống phun xăng có ưu điểm:  Số lượng thành phần hoà khí vào xylanh đồng nhờ kiện sử dụng dùng hoà khí nhạt hơn, đặc biệt hệ thống phun xăng nhiều điểm  Hệ số nạp động lớn vì: o Không có họng đường nạp chế hoà khí o Giảm mức độ sấy nóng đường nạp o Khi phun nhiên liệu vào xylanh động khối lượng không khí nạp nhiều o Tỉ số nén lớn giảm sấy nĩng ống nạp khiến phần lớn xăng bay xylanh, tỉ số nén lớn khoảng đơn vị o Tính hưởng ứng động cải thiện khơng thấy r tính chậm chạp, lạc hậu dịng xăng so với không khí chế độ chuyển tiếp o Định lượng xăng phun vào xylanh động lúc khởi động xác làm cho động khởi động lạnh dễ Trang46 Động GDI o Công suất động cao o Dùng hệ thống phun xăng động nhiều xylanh cho phép hiệu chỉnh công suất động chế độ tải cách ngừng cấp hoà khí cho số xylanh o Qu trình chy thực tối ưu nhờ điều khiển đánh lửa hợp lý o Ô nhiễm môi trường khí thải tạo nhỏ nhất, đặc biệt trường hợp động có trang bị hệ thống cảm biến Lamda o Động hoạt động tốt điều kiện thời tiết, địa hình o Dễ thực biện pháp phân lớp hoà khí để khu vực gần cực bugi luôn có α = 0,85 – 0,95, cc khu vực cịn lại buồng chy l hồ khí nhạt Những ưu điểm làm cho công suất động tăng khoảng 10%, tiêu hao nhiên liệu giảm từ 10 – 16% giảm nhiều độc hại khí xả Hệ thống phun xăng cịn tồn sau:  Cấu tạo phức tạp, có độ nhạy cảm cao yêu cầu cao chất lượng xăng không khí (phải lọc xăng, dùng xăng không pha chì…) khĩ bảo dưỡng sửa chữa, địi hỏi người bảo dưỡng sửa chữa phải có trình độ chuyên môn tay nghề cao  Gi thnh cao  Ap lực phun nhiên liệu cao nên giá thành hệ thống phun nhiên liệu cao  Vấn đề bôi trơn cụm kim –van khó hăn  Phun áp lực cao dễ tạo tượng đọng nhiên liệu bám vào thành buồng đốt làm rữa trôi dầu bôi trơn, không bay Trang47 [...]... trong buồng đốt Phun nhiên liệu trực tiếp vào động cơ: hệ thống dùng các vịi phun ring rẽ phun trực tiếp vo xylanh động cơ Trang31 Động cơ GDI Hình 1.42 Vị trí đặt kim phun khác nhau trong động cơ xăng 1.7.2 Đặc tính tia phun : Khác với tia phun của động cơ Diesel, tia phun của GDI chủ yếu tạo hỗn hợp (đồng nhất, phân lớp) chứ không tác động tạo tâm cháy cho hỗn hợp Vì vậy, áp suất phun không cần cao... của tia phun nhỏ lại Hình 3.43 a - Tia phun với góc phun α = 30 0 Trang34 Động cơ GDI Hình 1.43b Hình dạng tia phun ứng với α=900 Hình 1.43 c Trang35 Động cơ GDI Hình1.43 – Hình dạng tia phun trong buồng đốt GDI 1.7.2.1 Các loại kim phun: Dựa vào lỗ phun người ta chia loại kim một lỗ phun và loại nhiều lỗ phun Loại một lỗ phun như phần trên đã xét, loại nhiều lỗ phun (từ 4 – 10 lỗ) cơ chế phun cũng... dùng bộ chế hoà khí) Vịi phun được đặt ở giữa, phía trên bướm ga trong đường nạp để đảm bảo hỗn hợp đồng nhất và cung cấp hoà khí đồng đều cho các xylanh động cơ Trang30 Động cơ GDI Hình 1.40 Sơ đồ động cơ phun xăng đơn điểm + Hệ thống phun đa điểm (Multi-Point Injection_MPI): hệ thống dng cc vịi phun ring rẽ phun vo cc nhnh ống nạp trước xupáp nạp Hình 3.41 Sơ đồ động cơ phun xăng đa điểm 1.7.1.2 Các... cơ GDI Mitsubishi - Với kiểu tạo hỗn hợp bên trong, tỷ số nén ở động cơ GDI có thể đạt được 12:1, khi đó momen của động cơ tăng hơn 10% so với động cơ PFI cùng loại (hình 3.27) Cũng nhờ việc tạo hỗn hợp bên trong buồng đốt, khả năng tăng áp cho động cơ GDI dễ dàng hơn ở động cơ PFI, khi đó có thể tăng thể tích không khí nạp cho động cơ này khoảng 5% so với loại PFI Trang26 Động cơ GDI 1.6Kết cấu động. .. dòng động cơ GDI của mình Ap suất phun thay đổi từ 4 – 12 MPa, động cơ một cylindre dung tích 538.5, tỷ số nén 10.5:1, 4 soupape, nạp hỗn hợp phân lớp cực nghèo ở chế độ tải nhẹ và hỗn hợp đồng nhất ở tải lớn Trang29 Động cơ GDI Hình 1.39 Kết cấu buồng đốt động cơ GDI Mercedes – Benz 1.7 ĐẶC ĐIỂM QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỖN HỢP TRONG ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG TRỰC TIẾP 3.7.1 Đặc trưng hình thành hỗn hợp trên động. .. chế tạo ra những kim phun xăng có áp suất rất cao 50 KG/cm2, đây là loại kim phun lý tưởng Ở cùng một thời điểm nó tạo được dòng xoáy lốc lớn nên phun ra những tia nhiên liệu rất mịn: đây cũng chính là đặc điểm về kim phun của GDI Trang12 Động cơ GDI Sự phun xăng trực tiếp khác với hệ thống phun xăng trên đường nạp ở sự điều khiển của kim phun Nó cần một áp suất lớn do áp suất phun lớn để thắng được... Để phun nhiên liệu vào buồng đốt, Toyota đã sử dụng hệ thống common – rail với áp suất từ 8 MPA – 13 MPA Ngoài ra, Toyota còn bố trí thêm kim phun phụ ở đường ống nạp khi động cơ khởi động Trang27 Động cơ GDI  Toyota đã cho ra đời thế hệ thứ hai: Động cơ GDI do Toyota sản xuất vào năm 1999, với kết cấu buồng đốt như hình 1.34 Hình1.36 Kết cấu buồng đốt động cơ Toyota GDI thế hệ thứ hai Ở động cơ này,... được đánh giá ở động cơ PFI) Để kim phun nhấc lên và nhiên liệu được phun vào đòi hỏi phải có thời gian từ lúc cấp điện đến khi ty kim nhấc lên và khi ty kim đóng cũng cần có thời gian để đóng lại hoàn toàn (thời gian này gọi là thời gian chết) Trong 1 chu trình hoạt động của động cơ thời gian để kim phun cấp nhiên liệu vào động cơ là rất ngắn (từ 0.9 – 6.0 ms nhất là khi động cơ hoạt động tốc độ cao)... phun nhiên liệu trong động cơ buồng đốt GDI Hình E Một số hình dạng đỉnh piston của buồng đốt trong động cơ GDI Hình 1.24 Sơ đồ kết cấu của một loại động cơ GDI Trang21 Động cơ GDI Hệ thống buồng đốt kiểu Spray – Guide & phương pháp hình thành hỗn hợp: Buồng đốt loại này được tìm ra sớm nhất ứng dụng nạp trực tiếp hỗn hợp phân lớp (DISC) cho động cơ GDI Hình 1.25 Sơ đồ chuyển động dòng khí nạp vào... kim phun nhiên liệu ở động cơ PFI, thì yêu cầu đối với kim phun động cơ GDI đòi hỏi cao hơn nhiều Trong 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 Mặt khác, vì kim phun được bố trí trực tiếp trong buồng đốt nên nó phải đáp ứng được các yêu cầu tương tự như kim phun của động cơ Diesel (loại buồng đốt thống nhất) * Phun