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 động 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 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 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 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. Với mục đính củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn, đồng thời làm quen với công tác nghiên cứu khoa học góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng hệ thống nhiên liệu trên ô tô. Em đã đựơc giao thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài :“KHAI THÁC HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP GDI” . Với sự hướng dẫn của 2 thầy giáo Nguyễn Ngọc Tú và thầy giáo Lê Xuân Đồng Đề tài bao gồm những nội dung chính sau: Chương I : Lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu động cơ xăng. Chương II : Các hệ thống nhiên liệu động cơ xăng. Chương III: Hệ thống phun xăng điện tử trực tiếp GDI.
Trang 1LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của xã hội thì phương tiện giao thông cũngphát triển không ngừng kéo theo đó là vấn đề ô nhiễm môi trường mà nhữngphương tiện này thải ra ngày càng trầm trọng, thậm chí ảnh hưởng lớn đến sứckhỏe con người Bên cạnh đó sự gia tăng giá đột biến của giá xăng dầu và tiêuchuẩn của khí thải của động cơ ôtô ngày càng khắt khe buộc các nhà khoa họctrên thế giới không ngừng nghiên cứu tìm ra biện pháp nhằm tiết kiệm nhiên liệukèm theo giảm khí thải ở động 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 giảmpháp được đưa ra, một trong những giải pháp được xem là thành công nhất hiệnnay (áp dụng cho động cơ sử dụng nhiên liệu xăng) đó là cho ra đời động cơ GDI(hỗn hợp được tạo bên trong buồng đốt của động cơ, với sự nạp và cháy phânlớp) với hệ thống phun xăng trực tiếp Hệ thống phun xăng 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 ôtôthiết kế chế tạo thành công các hệ thống phun xăng trực tiếp GDI có kết cấu nhỏgọn, độ chính xác cao, an toàn, hiệu quả, vì vậy đã nâng cao được công suất động
cơ, giảm được ô nhiễm môi trường Với mục đính củng cố và mở rộng kiến thứcchuyên môn, đồng thời làm quen với công tác nghiên cứu khoa học góp phầnnâng cao hiệu quả sử dụng hệ thống nhiên liệu trên ô tô Em đã đựơc giao thực
hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài :“KHAI THÁC HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP GDI” . Với sự hướng dẫn của 2 thầy giáo Nguyễn Ngọc Tú và thầy giáo Lê Xuân Đồng
Đề tài bao gồm những nội dung chính sau:
Chương I : Lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu động cơ xăng
Chương II : Các hệ thống nhiên liệu động cơ xăng
Chương III: Hệ thống phun xăng điện tử trực tiếp GDI
Sau một thời gian thực hiện, với sự cố gắng của bản thân cùng với sự giúp đỡ
chỉ dẫn của thầy giáo Nguyễn Ngọc Tú và thầy giáo Lê Xuân Đồng đến nay đề tài
của em đã được hoàn thành Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do kiến thức và
Trang 2thời gian còn hạn chế nên khó tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự đónggóp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để luận văn của em được hoàn thiện hơn.
Qua đây em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Tú, thầy giáo Lê Xuân Đồng và toàn thể các thầy cô trong bộ môn động lực cùng với tất cả các bạn đã
giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài này
Vinh, ngày 20 tháng 02 năm 2012 Sinh viên thực hiện
Trần Văn Tuyên
Trang 3CHƯƠNG I LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ
XĂNG
Động cơ đốt trong là loại động cơ sử dụng lực đẩy do nhiên liệu cháy nổ
để đẩy Pittông bên trong xi – lanh, chuyển động tịnh tiến của Pittông làm quaytrục cơ sau đó làm bánh xe chuyển động nhờ xích tải hoặc trục chuyển động Cácloại nhiên liệu phổ biến nhất cho ôtô là xăng và điezen
Về lịch sử phát triển của động cơ xăng có một số mốc đáng chú ý :
-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 Sưngười Bỉ xin cấp bằng sáng chế chiếc xe động cơ đốt trong tác động kép, đánhlửa điện sử dụng nhiên liệu khí than năm 1860) vào một chiếc xe coòng 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 cấpbằng sáng chế động cơ bốn kỳ số 52593 ngày 16 tháng 01 năm 1862 (nhưng đãkhông sản xuất)
- 1864: Siegfried Marcus, Kỹ Sư người Áo đã chế tạo một loại động cơxi-lanh với bộ chế hòa khí rất thô sơ và sau đó gắn lên một chiếc xe ngựa và đãvận 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 10dặm/giờ và một số
sử gia cho rằng đây mới chính là chiếc xe sử dụng động cơ xăng đầu tiên trên thếgiới
- 1876: Nikolas August Otto phát minh thành công và được cấp bằng sángchế động cơ bốn kỳ thì hai loại động cơ này thường được gọi là “Chu kỳ Otto”vàngay sau khi thành công với động cơ này ông đã đưa ra nó vào sử dụng cho xe
Trang 4gắn máy Cống hiến của Otto trong lịch sử được phát triển sử dụng rộng rãi chođến tận ngày nay cho tất cả các xe chạy nhiên liệu lỏng.
Nikolas August Otto (sinh 10 tháng 6 năm 1832 tại Holzhausen an der 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 tiếpnhiên 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 Étienne Lenoir), tuy nhiên nhữngloại 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 làWilhl Mayback cải tiến động cơ đốt trong của Otto và đệ đơn cấp bằng sáng chếcho phát kiến này và đây chính là nguyên mẫu động cơ xăng hiện nay GottliebDaimler phát minh loại động cơ có thể được coi như là nguyên mẫu của động cơxăng hiện với xi-lanh thẳng đứng và sử dụng bộ chế hòa khí (cấp bằng năm1889) 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 ôtô 4 bánh đầu tiên trên thếgiới Daimler và Otto có mối liên kết khăng khít với nhau, Daimler làm việc ở vịtrí giám đốc kỹ thuật cho nhà máy Deutz Gasmotorenfabrik trong đó NicolasOtto cũng là đồng sở hữu vào năm 1872
Động cơ Daimler – Maybach đời 1885 nhỏ, nhẹ, chạy nhanh, dùng bộ chếhòa khí bơm xăng và xi-lanh thẳng đứng Kích cỡ, tốc độ và hiệu suất của loạiđộng cơ này đã tạo nên cuộc cách mạng về thiết kế xe hơi Vào ngày 08 tháng 03năm 1886, Daimler lắp loại động cơ này vào khung xe ngựa và qua đây phát kiếnnày được xem là thiết kế xe ôtô 4 bánh đầu tiên và ông được coi như nhà thiết kếđầu tiên của loại động cơ đốt trong có tính hữu dụng
Vào năm 1889, Daimler phát minh động cơ đốt trong 4 kỳ thì có van hìnhnấm và 2 xi – lanh hình chữ V Cũng giống như động cơ Otto đời 1876, loại động
cơ mới của Daimler đặt nền tảng cho động cơ ôtô hiện đại ngày nay Cũng vàonăm 1889, Daimler và Mayback chế tạo chiếc xe ôtô đầu tiên từ con số không, họ
Trang 5đã không cải tiến từ những chiếc xe cũ như trước đây họ đã từng làm ChiếcDaimler mới có hộp số 4 tốc độ với tốc độ tối đa 10dặm/giờ.
Năm 1890, Daimler thành lập Daimler Motoren – Gesllschft để sản xuấtcác mẫu xe theo thiết kế của ông Mười một năm sau đó, Wilhelm Mayback thiết
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 thốngphun xăng trên ô tô hai thì bằng cách cung cấp nhiên liệu với áp lực cao và sửdụng phương pháp phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt nên giá thành chế tạocao 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 mộtkhoảng thời gian dài do chiến tranh, đến 1962 người Pháp phát triển nó trên ô tôPeugeot 404 Họ điều khiển sự phân phối nhiên liệu bằng cơ khí nên hiệu quảkhông cao và công nghệ vẫn chưa đáp ứng tốt Đến năm 1966 hãng BOSCH đãthành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng cơ khí Trong hệ thống nàynhiên 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 dụngtrên 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
Trang 6- Vào năm 1981 hệ thống K-jetronic được cải tiến thành hệ thống Jetronic và nó được sản xuất hàng loạt vào năm1984 và được trang bị trên các xecủa 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 bão dưỡng sữa chữa khó
KE-và giá thành chế tạo rất cao Vì vậy các kỹ sư đã không ngừng nghiên cứu KE-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 làEFI (Electronic Fuel Injection) Đến năm 1987 hãng Nissan dùng L-Jetronic thaycho bộ chế hoà khí của xe Nissan sunny Song song với việc phát triển của hệthống 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 BOSCHđặt tên là Motronic
- Vào năm 1955, Mercedes – Benz đầu tiên ứng dụng phun xăng trực tiếpvào buồng cháy của động cơ 6 cylinder (Mercedes – Benz 300SL) với thiết bịbơm tạo áp suất phun của Bosch Tuy nhiên, việc ứng dụng này bị quên lãng dovào thời điểm đó các thiết bị điện tử chưa được phát triển và ứng dụng nhiều chođộng cơ ôtô, nên việc điều khiển phun nhiên liệu của động cơ thuần tuý bằng cơkhí, và việc tạo hỗn hợp phân lớp cho động cơ chưa được nghiên cứu như ngàynay Vì vậy, so với quá trình tạo hỗn hợp ngoài động cơ thì quá trình tạo hỗn hợptrong buồng đốt cũng không khả quan hơn nhưng kết cấu và giá thành thì caohơn nhiều
- Mãi đến năm 1996, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật điện tử, động cơxăng ứng dụng phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt được Mitsubishi Motorsđưa 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 kỹthuật này sản xuất hơn 400.000 động cơ cho dòng xe 4 chỗ đến trước năm 1999
Trang 7- 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 nàycho dòng động cơ của mình vào khoảng năm 2000 – 2001 Volkswagen/Audicũng cho ra mắt động cơ GDI vào năm 2001 nhưng dưới tên gọi FSI (FuelStratified 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 kỹthuật 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 cơ2GR – FSE V6 vào đầu năm 2006
Xu hướng phát triển của các nhà sản xuất ô tô hiện nay là nghiên cứu hoànthiện 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 giảipháp 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 chếhoà khí, còn đối với động cơ Diesel được thực hiện nhờ bộ bơm cao áp vòi phunkiểu Bosch Đến nay, thời của chế hoà khí ngự trị đã qua từ lâu, và ngay cả hệphun xăng điện tử kiẻu cũ (phun xăng một điểm) cũng lùi vào dĩ vãng Kiểu phunxăng điện tử đa điểm với mỗi xilanh một vòi phun và phun vào ngay phía trướchọng xupap nạp đã lên ngôi và đang dần trở nên phổ thông, kể cả ở các xe trungbình chứ không chỉ có trên các xe cao cấp như trước kia
Tuy nhiên, vào năm 1996 hãng Mitsubishi lần đầu tiên giới thiệu kiểuphun xăng trực tiếp vào buồng cháy GDI trên dòng xe Galant Legnum, và là mộtbước tiến kỳ diệu trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu Với côngnghệ GDI, khi động cơ hoạt động ở chế độ tải trọng nhỏ hỗn hợp xăng và khôngkhí được hòa trộn ở trạng thái loãng tới mức khó tưởng tượng, còn khi ở chế độtải trọng trung bình và lớn thì xăng được phun vào buồng cháy làm hai lần: Lầnphun đầu tiên gọi là lần phun mồi được phun ở đầu quá trình nạp, còn lần phunchính được thực hiện ở cuối quá trình nén
Trang 8Kể từ 1998, động cơ GDI được sản xuất tương đối rộng rãi với nhiều dịngnhư:
-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 cơng
nghệ phun nhiên liệu tiên tiến hơn đĩ là kết hợp giữa phun trực tiếp và phun giántiếp trên cùng một xylanh (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 cơng nghệ GDI là FSI (Fuel Stratified Injection) với các
dịng 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 cơng nghệ FSI.
-PSA Peugeot Citroën (cịn gọi cơng nghệ GDI là HPi), với dịng động cơ :
EW10D 2.0L 16 soupape 140 HP mua bản quyền cơng nghệ từ Mitsubishi Motor, lắp trên xe Citroën C5 và Peugeot 406.
-Alfa Romeo (gọi GDI là JTS –Jet Thrust Stoichiometric) ứng dụng cơngnghệ này cho hầu hết các động cơ của Alfa
-BMW ban đầu ứng dụng cơng nghệ GDI cho động cơ N73 V12, tuy nhiên
cịn nhiều khiếm khuyết như áp suất phun nhiên liệu thấp, khơng 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 cơng 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 cơng 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.
Trang 9Theo 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 cơGDI cũng phải giải quyết một số vấn đề nan giải: Do nhiệt độ quá trình cháy tăngnhanh nên hàm lượng ôxit nitơ trong khí xả khá lớn, do đó phải sử dụng bộ xử lýkhí xả (Catalyser) nhiều thành phần để tách NO2 thành khí nitơ và ôxi để giảiquyết vấn đề ô nhiễm môi trường.Động cơ phun xăng trực tiếp còn thường sửdụng đồng thời với các kỹ thuật khác như VVT, VVT-i, luân hồi khí xả EGR…
để đạt hiệu quả kinh tế và môi trường cao
Hiện nay, tại Việt Nam vẫn chưa có nhà sản xuất nào thuộc VAMA (Hiệphội Ô tô Việt Nam) sử dụng công nghệ GDI, hy vọng trong thời gian tới côngnghệ này sẽ được trang bị trên các xe sản xuất tại Việt Nam
Trang 10CHƯƠNG IICÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG II.1.Chức năng - yêu cầu - phân loại.
II.1.1.Chức năng.
Hệ thống nhiên liệu động cơ xăng có chức năng cung cấp hỗn hợp nhiênliệu-không khí (hỗn hợp cháy) cho động cơ hoạt động với hệ số dư lượng khôngkhí nhất định
II.1.2.Yêu cầu.
- Nhiên liệu phải được hòa trộn đồng đều với lượng không khí có trongbuồng cháy (hỗn hợp cháy phải đồng nhất)
- Thành phần hỗn hợp cháy phải phù hợp với chế độ làm việc của động cơ
- Hỗn hợp cháy phải được phân bố đồng đều cho các xylanh của động cơnhiều xylanh
+) Loại dùng vòi phun
- Theo phương pháp cấp nhiên liệu cho bộ chế òa khí gồm:
+)Loại cưỡng bức
+)Loại tự chảy
- Theo số vòi phun sử dụng gồm :
Trang 11+)Hệ thống phun xăng đơn điểm.
+)Hệ tống phun xăng đa điểm
- Theo cách điều khiển pun xăng gồm :
+)Hệ thống pun xăng cơ khí
+)Hệ thống phun xăng cơ - điện tử
+)Hệ thống phun xăng điện tử
II.2.Hệ thống nhiên liệu dùng Bộ Chế Hòa Khí ( BCHK ).
Hình II.1
- Bộ lọc : Được bố trí giữa thùng xăng và bơm xăng, nó có nhiệm vụ lọcxăng khỏi các cặn bẩn và tách nước lẫn trong xăng (nếu có) Trong bầu lọc cólưới lọc (bằng giấy có độ thẩm thấu nhất định), xăng phải đi qua lưới này, để lại
Trang 12các cặn bẩn rồi đi ra ngoài Nước thường nặng hơn xăng nên lắng xuống phíađáy.
Phía dưới màng có một lò xo, đầu dưới của lò xo này tỳ lên vỏ bơm Bơmthường được dẫn động trực tiếp từ trục cam thông qua một thanh lắc có dạng đònbẩy Đầu phải của thanh lắc luôn luôn tỳ sát vào cam dẫn động nhờ một lò xo,còn đầu trái của nó được lắp với đầu dưới của thanh kéo Việc lắp ghép giữa
Trang 13thanh lắc và đầu dưới thanh kéo được thực hiện sao cho, khi đầu thanh lắc đixuống thì thanh kéo bị kéo xuống theo, còn khi đầu thanh lắc đi lên thì nó khôngtác động vào thanh kéo Để thực hiện được điều này, đầu trái của thanh lắc códạng càng cua, thanh kéo nằm ở giữa, bên dưới được đỡ bởi một tấm gắn chặtvới đầu thanh kéo
Như vậy, bơm có 2 hành trình như sau: đi xuống nhờ thanh kéo thông qua dẫn động từtrục cam và đi lên do tác dụng của lò xo bơm
- Khi động cơ hoạt động, trục cam quay, do đầu bên phải của thanh lắcluôn luôn tỳ sát vào vấu cam nên, khi tiếp xúc với phần cao của vấu cam, đầuthanh lắc sẽ đi lên làm đầu trái của nó đi xuống kéo theo thanh kéo cùng vớimàng bơm đi xuống Lúc này trong khoang ở phía trên màng sẽ tạo nên chân
Trang 14không, mở van hút và hút nhiên liệu vào Sau đó khi vấu cam đi tới phần thấp thìđầu trái của thanh lắc đi lên và thả tự do cho thanh kéo, lúc này lò xo đẩy màngbơm đi lên tạo nên hành trình đẩy, dồn xăng đi qua van đẩy sang khoang đẩy và
đi vào đường ống dẫn tới chế hoà khí
- Nếu lượng xăng cấp vượt quá nhu cầu tiêu thụ của chế hoà khí thì kimvan trong buồng phao của chế hoà khí đóng lại, áp suất trong buống đẩy tăng lênlàm áp suất ở khoang trên màng cũng tăng theo, các van đều đóng, lò xo bơmkhông còn đủ mạnh để đẩy màng lên nữa Lúc này, màng nằm lại ở vị trí dướicùng, còn thanh lắc tiếp tục hành trình cùng với cam nhưng không tác động lênthanh kéo Bơm không hoạt động nữa, cho tới khi mức xăng trong buồng phaogiảm xuống và kim van mở cho phép xăng tiếp tục vào Để cho đầu thanh lắckhông đập vào tấm đỡ ở đầu dưới thanh kéo thì giữa chúng phải có khe hở nhấtđịnh
II.2.2 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động chung.
a)Sơ đồ.
Trang 15b)Nguyên lý làm việc chung của hệ thống:
Khi động cơ làm việc, bơm xăng hút xăng từ thùng chứa theo ống dẫnlên bầu lọc Bầu lọc, lọc các cặn bẩn và nước rồi theo ống dẫn lên buồng phaocủa bộ chế hoà khí Cơ cấu van kim - Phao giữ cho mức xăng trong buồng phaođược ổn định trong quá trình động cơ làm việc Ở hành trình hút, piston đi xuốnglàm cho áp suất trong xylanh giảm gây chênh lệch với áp suất bên ngoài, hútkhông khí từ ngoài bầu lọc, không khí được hút vào động cơ phải lưu động quahọng khuếch tán có tiết diện bị thu hẹp Tại đây do tác dụng của độ chân khôngxăng được hút ra từ buồng phao qua giclơ chính Thực chất giclơ là một chi tiếtđược chế tạo chính xác, để có thể tiết lưu định lượng lưu lượng xăng hút ra đúngnhư thiết kế Sau khi ra họng khuếch tán, xăng được dòng không khí xé nhỏ dướidạng sương mù, tạo thành hỗn hợp nạp vào động cơ Lượng hỗn hợp đi vào động
3 Bầu lọc 9 ống thông hơi 15 ống hút
4 Bơm xăng 10 Bầu lọc khí 16 ống xả
5 Gíclơ chính 11 Bướm gió 17 ống tiêu âm
6 Van kim ba cạnh 12 Họng khuyếch tán
Trang 16cơ phụ thuộc vào độ mở của bướm ga ở cuối kỳ nén bugi bật tia lửa điện đốtcháy hỗn hợp không khí trong buồng đốt của xi lanh động cơ Sau đó quá trìnhcháy giãn nở, sinh công, khí cháy trong động cơ được thải ra ngoài BCHK làthiết bị quan trọng nhất của hệ thống nhiên liệu động cơ xăng dùng BCHK:
Chế hòa khí (hay còn gọi là bình xăng con), được sử dụng trên cả xe máy
và ôtô từ những năm đầu của ngành công nghiệp này Nhiệm vụ của nó là hòatrộn không khí và xăng cho động cơ Không khí và nhiên liệu sau khi đi qua chếhòa khí bị hút vào xi-lanh và thực hiện quy trình nén-nổ tại đây Chế hòa khí chỉ
có ở các động cơ xăng, còn động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp vào buồngđốt
Chế hòa khí hoạt động theo nguyên tắc: Không khí đi vào qua đường dẫn hẹp(cửa phun) tạo thành chân không một phần Do chênh lệch áp suất giữa cửa phun
và bình chứa nên nhiên liệu sẽ đi qua ống phun và hòa lẫn vào dòng không khí
Hình II.8: Nguyên lý hoạt động của chế hòa khí
Một số xe sử dụng loại cửa phun cố định (Fixed Venturi-FV) trong khi số kháclại dụng loại cửa biến thiên VV (Variable Venturi-VV) Ở loại cửa phun biến
Trang 17thiên, kích thước của đường dẫn không khí thay đổi theo sự thay đổi để điềukhiển lượng nhiên liệu được phân phối.
Mục tiêu của tất cả các chế hòa khí là tạo nên một hòa khí có tỷ lệ khốilượng tối ưu giữa không khí và nhiên liệu là 14,7:1 Với những hòa khí đạt tỷ lệtrên, nó sẽ cháy hoàn toàn Một hỗn hợp nào đó có tỷ lệ thấp hơn được gọi là
"giàu" do có quá nhiều nhiên liệu so với không khí Ngược lại, hỗn hợp đó đượccoi là "nghèo"
Hỗn hợp giàu sẽ không cháy hết do thừa nhiên liệu và gây hao xăng.Trong khi đó, hỗn hợp nghèo không sinh ra công tối đa, khiến động cơ làm việcyếu và thiếu ổn định Để thực hiện điều này, chế hòa khí phải kiểm soát đượclượng không khí đi vào động cơ và thông qua đó cung cấp một lượng nhiên liệuphù hợp Tuy nhiên, điểm yếu của các loại chế hòa khí là chỉ đáp ứng tỷ lệ lýtưởng ở khoảng vận hành nhất định nên xe hoạt động không hiệu quả
Để đáp ứng luật bảo vệ môi trường ngày càng khắt khe, khi BCHK có quánhiều khiếm khuyết và trở nên quá phức tạp, các nhà sản xuất ôtô bắt buộc phảitìm các giải pháp thay thế Từ đó người ta đưa ra hệ thống phun xăng điện tử
II.3 Hệ thống phun xăng.
II.3.1.Các yêu cầu của hệ thống phun xăng.
- Tỷ lệ không khí và nhiên liệu phải thích hợp với các chế độ làm việc củađộng cơ
- Hạt nhiên liệu cung cấp phải nhỏ và phần lớn phải ở dạng hơi
- 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 sốvòng quay cao
- Điều khiển cát nhiên liệu khi giảm tốc nhằm tiết kiệm nhiên liệu và giảiquyết được vấn đề ô nhiễm môi trường
- Hỗn hợp được cung cấp phải phù hợp với sự ảnh hưởng của nhiệt độ, ápsuất môi trường và nhiệt độ của động cơ
- Lượng nhiên liệu sử dụng phải có chất lượng tốt
Trang 18- 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 phunvào cho chính xác
II.3.2 Phân loại hệ thống phun xăng.
II.3.2.1 phân loại theo điểm phun.
- Hệ thống phun xăng đơn điểm (TBI -throttle body injection): Kim phunđặt ở cổ ống góp hút chung cho toàn bộ các xilanh của động cơ, bên trên bướmga
- Hệ thống phun xăng đa điểm (MPI - multi point fuel injection): mỗi xylanh của động cơ được bố trí 1 vòi phun phía trước xupáp nạp
II.3.2.2 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 độngcủa động cơ (các sensors) và bộ điều khiển trung tâm (computer) để điều khiểnchế 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 củagió 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 vàiloại xe trang bị hệ thống này
- Phun xăng cơ khí: Được điều khiển bằng cần ga, bơm cơ khí và bộ điềutốc để kiểm soát số lượng nhiên liệu phun vào động cơ
II.3.2.3 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 xăngbiến điệu
- Hệ thống phun xăng đồng loạt: Là phun xăng vào động cơ ngay trướckhi xupáp nạp mở ra hoặc khi xupáp nạp mở ra Áp dụng cho hệ thống phun dầu
- 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
Trang 19vào động cơ Tỉ lệ hòa khí được điều khiển bằng sự gia giảm áp suất nhiên liệutaị các kim phun Do đó lưu lượng nhiên liệu phun ra cũng được gia giảm theo.
II.3.2.4.Phân loại theo mối quan hệ giữa các kim phun.
- Phun theo nhóm đơn: Hệ thống này, các kim phun được chia thành 2nhóm bằng nhau và phun luân phiên Mỗi nhóm phun một lần vào một vòng quaytrục 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 mỗivòng quay trục khuỷu Các kim được nối song song với nhau nên ECU chỉ cần ramột mệnh lệnh là các kim phun đều đóng mở cùng lúc
- Phun theo thứ tự: Hệ thống này, mỗi kim phun một lần, cái này phunxong tới cái kế tiếp
II.3.2.5 Phân loại theo cấu tạo kim phun
Ta có sơ đồ như sau :
II.3.2.5.1 Kiểu K - Jetronic(1973-1955).
Trang 20Hệ thống phun xăng K-Jetronic là hệ thống phun xăng cơ bản của các kiểuphun xăng điện tử hiện đại ngày nay.
* Đặc điểm phun xăng kiểu K :
- 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 chỉnhlưu 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 khínạp
Hình II.9:Hệ thống phun xăng K-Jetronic
* Gồm : Hệ thống cung cấp nhiên liệu
Hệ thống nạp khí
Hệ thống điều khiển cơ khí
Trang 21- Hệ thống cung cấp nhiên liệu:
Hệ thống nhiên liệu có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu với áp suất cao từthùng chứa đến các vòi phun để phun vào các xylanh với tỷ lệ thích hợp phù hợpvới các chế độ làm việc của động cơ
Hệ thống nhiên liệu bao gồm thùng chứa nhiên liệu, bơm nhiên liệu, bộtích năng, lọc nhiên liệu, bộ điều áp, bộ định lượng và phân phối nhiên liệu, cácvòi phun xăng và vòi phun khởi động lạnh
Bơm xăng điện bơm xăng từ thùng chứa đến bộ tích năng, xuyên qua bầulọc xăng đến bộ phân phối Từ bộ này xăng chảy tiếp đến các vòi phun xăng, cácvòi phun này phun xăng liên tục vào các cửa nạp của động cơ Xăng phun vàotrộn lẫn với không khí thành khí hỗn hợp, đến lúc xupáp hút mở, khí hỗn hợp sẽđược nạp vào xylanh động cơ Bộ điều áp xăng bố trí bên trong bộ phân phối cótác dụng duy trì áp suất xăng cung cấp ở mức cố định và đưa số xăng thừa trở lạithùng 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 khíđược lọc sạch và đưa đến bộ đo lưu lượng không khí Sau đó qua cổ họng gió vàvan 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 củathiết bị đo, cần bẩy và lò xo lá.Dòng không khí do động cơ hút xuyên qua bộ cảmbiến sẽ tác động một lực lên mâm đo (11), lực này tỷ lệ thuận với lượng khôngkhí 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
Trang 22Hình II.10: Kết cấu bộ 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 II.11: Vì trí lắp đặt van khí phụ
Bên trong thiết bị có một vách ngăn dùng để đóng kín hay mở mạch nạpkhông khí bổ sung Thanh lò xo lưỡng kim dưới tác dụng của nhiệt độ sẽ điềukhiển vách ngăn đóng mở Cuộn điện trở nung nóng khống chế thời gian mở củathiết 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 gầnkín, mạch không khí trên van khí phụ sẽ được mở lớn tối đa Nhiệt động động cơcàng tăng lên thì tiết diện lưu thông của van khí phụ càng được thu hẹp và sẽđóng kín sau khi hoàn tất quá trình sưởi nóng động cơ
Trang 23Hình II.12: 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 từngchế 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 khínạp định lượng và phân phối xăng đến các kim phun đúng yêu cầu cần thiết
Hình II.13 : 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 sốxăng tương ứng với lượng không khí nạp để cung cấp cho các kim phun Dao
Trang 24động của mâm đo được cần bẩy truyền động đến van trượt Xăng nạp vào bộphân phối qua lỗ nạp sau đó len qua vai của van trượt trong xylanh Số xăng đãđịnh lượng được đưa đến các kim phun.Piston điều khiển nhận lực từ tấm cảmbiến và lực từ áp suất nhiên liệu tác dụng lên đỉnh piston (áp suất điều khiển), ápsuất trên đỉnh piston làm cho tấm cảm biến và piston dịch chuyển đồng bộ vớinhau.
Bộ chênh lệch áp suất
Chức năng của bộ chênh lệch áp suất là để hạn chế sự tổn thất áp suất khi nhiênliệu đi qua các rãnh đứng trong xylanh.Cấu tạo của bộ chênh lệch áp suất baogồm: Buồng trên, buồng dưới, piston điều khiển, lò xo, rãnh định lượng nhiênliệu, màng và có đường nhiên liệu từ bơm đến, đường nhiên liệu đến các vòiphun
Các bộ chênh lệch áp suất nằm trong bộ phân phối nhiên liệu Động cơ cóbao nhiêu xylanh thì có bấy nhiêu bộ chênh lệch áp suất Các bộ chênh lệch ápsuất duy trì sự chênh lệch áp suất giữa buồng trên và buồng dưới của màng vớimột giá trị không đổi là 1kG/cm2
Hình II.14: Áp suất tác dụng lên đỉnh piston (Áp suất điều khiển)
1 – Xăng đến kim phun; 2 – Buồng trên; 3 – Màng ngăn; 4 – Buồng dưới;
5 – Ap 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 vàchịu áp suất nhiên liệu cung cấp từ bơm Các buồng trên nối thông với các khe
Trang 25phân lượng trên vách xylanh phân phối và ống nối đến các kim phun, các buồngtrên độc lập với nhau, mỗi màng chịu tác dụng của một lò xo Nếu lượng nhiênliệu qua rãnh định lượng vào buồng trên nhiều thì áp lực trong buồng này tănglên 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 buồngtrên 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 II.15 : 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
II.3.2.5.2.Kiểu KE - Jetronic.
Hệ thống phun xăng KE-Jetronic được hãng BOSCH chế tạo dựa trên nềntảng của hệ thống K-Jetronic và K-Jetronic với van tần số
Hình II.16
Trang 26Các 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 trạnglàm việc của động cơ còn quá ít và việc sử dụng van tần số để hiệu chỉnh áplực các buồng dưới, cũng như dùng bộ điều chỉnh áp lực theo nhiệt độ để hiệuchỉnh tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng các chế độ làm việc của động cơ là chưa hoànthiện… Bởi vì các chế độ làm việc của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào thờigian mở và đóng của van tần số và sự thay đổi của áp suất điều chỉnh trên đỉnhpiston Nếu sự phối hợp cả hai yếu tố trên là không đồng bộ thì độ tin cậy làmviệc của hệ thống là không đảm bảo
Để khắc phục nhược điểm trên cũng như dựa vào cơ sở của hệ thống Jetronic với van tần số, các nhà chế tạo đã đưa ra loại KE-Jetronic Ở hệ thốngKE- Jetronic, tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng với các điều kiện hoạt động của động
K-cơ dựa vào sự thay đổi áp lực nhiên liệu của các buồng dưới của các bộ chênhlệch áp suất, nhưng áp suất điều khiển ở trên đỉnh piston điều khiển là đượcgiữ cố định Các cảm biến bố trí xung quanh động cơ của KE-Jetronic được sửdụng nhiều hơn, tín hiệu từ các cảm biến được gửi về trung tâm điều khiểnđiện tử và từ đó trung tâm điều khiển sẽ làm thay đổi áp suất trong hệ thống đểđáp ứng tốt các yêu cầu làm việc của động cơ
Hình II.17– Sơ đồ kết cấu hệ thống phun xăng KE-Jetronic
Trang 271 – 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 khínhư K- Jetronic, hệ thống điện điều khiển của KE-Jetronic sẽ điều chỉnh lạilượng nhiên liệu cung cấp đến các kim phun dựa vào tình trạng làm việc củađộng cơ theo các chế độ tải, điều kiện môi trường, nhiệt độ động cơ…nên có sựhiệu chỉnh lưu lượng phun bằng hệ thống điện tử
II.3.2.5.3.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 tửthực hiện các nhiệm vụ sau:
Trang 28II.3.2.5.4.Kiểu L - Jetronic.
L-Jetronic là hệ thống phun xăng đa điểm, điều khiển bằng điện tử Xăngđược 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 hiệugốc : tín hiệu về khối lượng không khí đang nạp vào và tín hiệu vận tốc trụckhuỷu của động cơ
Chức năng của L-Jectronic là cung cấp cho từng xylanh động cơ mộtlượng xăng chính xác đáp ứng nhiều chế độ ải khác nhau của động cơ Một hệthống các cảm biến ( sensors) ghi nhận thông tin về chế độ làm việc của ôtô, vềtình trạng thực tế của động cơ, chuyển đổi các thông tin này thành tín hiệu điện(electrical signals) Các tín hiệu điện được nhập vào bộ vi xử lý và điều khiểnECU (gọi là hộp ECU động cơ) ECU sẽ xử lý, phân tích các thông tin nhậnđược và tín toán chính xác lượng xăng cần phun ra Lưu lượng xăng phun ra cầnđược ấn định do thời lượng mở van của béc phun xăng (duration of ịnjection)
Hình II.18- Sơ đồ kết cấu 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.
Trang 29Bơm xăng điện (2) cung cấp nhiên liệu cho động cơ và tạo áp suất đủmạnh để phun xăng vào cửa nạp của xylanh Hộp ECU (4) điều khiển các bécphun xăng (5) phun nhiên liệu Hệ thống phun xăng điện tử L-Jectronic bao gồmcác hệ thống chức năng cơ bản sau đây :
- Hệ thống cung cấp nhiên liệu
- Hệ thống ghi nhận thông tin về chế độ hoạt động của động cơ
- Hệ thống định lượng nhiên liệu
II.3.2.5.5.Kiểu D - Jetronic.
Loại này cũng giống như kiểu L-Jectronic nó chỉ khác là không đo lưulượng không khí mà đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp
II.3.2.5.6.Kiểu Motronic.
Motronic : Injection + Ignition
Là hệ thống điều khiển cả phun xăng và đánh lửa chung một máy tính
TCCS: Toyota Computer Control System
EEC (Ford) : Electronic Engine control
ECCS : Nissan
ECM (Honda) : Electronic control Module
* đặc điểm của hệ thống Motronic :
- 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
Trang 30CHƯƠNG III
HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRỰC TIẾP GDI
III.1.Cơ sở khoa học.
Sự tăng giá đột biến của xăng dầu, và tiêu chuẩn về khí thải của động cơôtô ngày càng khắc khe buộc các nhà khoa học trên thế giới không ngừng nghiêncứu tìm ra biện pháp nhằm tiết kiệm nhiên liệu kèm theo giảm khí thải ở động cơđốt trong
Hình III.1
Nhiều giảm pháp được đưa ra, một trong những giải pháp được xem làthành công nhất hiện nay (áp dụng cho động cơ sử dụng nhiên liệu xăng) đó làcho ra đời động cơ GDI (hỗn hợp được tạo bên trong buồng đốt của động cơ, với
sự nạp và cháy phân lớp)
So sánh giữa động cơ sử dụng nhiên liệu xăng (tạo hỗn hợp bên ngoài) vàđộng cơ sử dụng nhiên liệu Diesel (tạo hỗn hợp bên trong buồng đốt) ta thấyrằng: cùng một công suất phát ra nhưng suất tiêu hao nhiên liệu ở động cơ Dieselthấp hơn đối với động cơ xăng Một phần là do đặc tính của nhiên liệu khác nhau,nhưng cái chính ở đây là quá trình tạo hỗn hợp và đốt cháy hỗn hợp của 2 loạiđộng cơ này rất khác biệt nhau Tuy nhiên, chúng ta chưa thể ứng dụng động cơ
Trang 31Diesel cho xe du lịch được là vì động cơ này có một số nhược điểm: tiếng ồn ởđộng cơ này cao so với động cơ xăng, khả năng tăng tốc của động cơ này thấphơn động cơ xăng, và đặc biệt là khí thải ở động cơ này cao hơn đối với động cơxăng.
Gần ba thập kỷ nay, người ta luôn tìm cách kết hợp những ưu điểm củađộng cơ xăng và Diesel để có thể cho ra đời một loại động cơ mới có thể đáp ứngđược các nhu cầu về khí thải, suất tiêu hao nhiên liệu, khả năng tăng tốc, tiếng
ồn, … như đã nêu trên Khi xem xét quá trình tạo hỗn hợp và đốt cháy hỗn hợp ởđộng cơ Diesel ta nhận thấy có các ưu điểm: Hỗn hợp được tạo bên trong buồngđốt, cũng nhờ vào sự tạo hỗn hợp này mà động cơ Diesel có thể hoạt động khi hệ
số dư lượng không khí từ 1.4 – 1.8 (cũng là nguyên nhân nồng độ NOx ở khíthải của động cơ Diesel cao hơn của động cơ xăng) Do đặc tính của hai nhiênliệu khác nhau nên quá trình hình thành tâm cháy cũng khác nhau, vì vậy động cơxăng PFI không thể hoạt động với tỷ lệ như trên Cần phải có một phương pháptạo hỗn hợp khác với phương pháp PFI, đó là vấn đề đặt ra
Hình III.2- Hệ thống buồng đốt
MAN – FM
Dựa trên cơ sở của các kiểu buồng cháy MAN – FM (MaschinenfabrikAuguburg – Nurnberg), PROCO (Ford programmed combustion control), hệ thống điềukhiển TCCS (Texaco Controlled Combustion System) các nhà nghiên cứu cho ra đờikiểu buồng cháy phun nhiên liệu trực tiếp & phân lớp đầu tiên (DISC: direct – injection,
Trang 32stratified – charge) Với kiểu buồng cháy này, động cơ có thể hoạt động được khi tỷ lệair/fuel vào khoảng 20:1 Đây quả là một bước tiến nhảy vọt cho động cơ xăng, và làtiền đề cho các thế hệ sau của động cơ GDI.
Hình III.3
Nhờ vào sự phát triển của điện tử, tin học cách đây hơn hai thập kỷ thế hệđộng cơ xăng PFI ra đời đã thay thế động cơ xăng sử dụng carburattor, và ưuđiểm vượt trội của loại động cơ xăng PFI mà chúng ta đã biết Cũng gần đây, sựxuất hiện của động cơ GDI cũng đã dần dần thay thế động cơ PFI Về ưu nhược
điểm của động cơ GDI so với động cơ PFI (Hình III.4) được khái quát như sau:
- Nhờ vào khả năng tạo hỗn hợp bên trong buồng đốt nên ở động cơ GDI
có thể kiểm soát được chính xác lượng nhiên liệu đưa vào buồng đốt trong mỗichu trình hoạt động của động cơ, khắc phục được nhược điểm phun trên ống nạpnhiên liệu bị bám vào thành ống
- Cũng nhờ vào việc phun nhiên liệu trực tiếp và kết cấu của buồng đốtnên động cơ GDI có thể hoạt động với tỷ lệ air/fuel rất loãng đảm bảo cho động
cơ cháy sạch, tiết kiệm nhiên liệu tối đa, giảm nồng độ khí thải ô nhiễm (nhờphát huy được tác dụng bộ xúc tác dual – catalyst)
Trang 33- Tỷ số nén của động cơ GDI được nâng cao hơn so với động cơ PFI nêncông suất của động cơ GDI lớn hơn 10% so với động cơ PFI cùng dung tíchcylindre.
- Kết cấu của hệ thống tăng áp cho động cơ GDI thiết kế được hoàn thiệnhơn do động cơ có thể hoạt động với hỗn hợp cực nghèo
- Tuy nhiên, do nhiên liệu được phun vào buồng đốt nên đòi áp suất phunphải lớn hơn rất nhiều so với kiểu phun PFI, kết cấu kim phun phải đáp ứng đượcđiều kiện khắc nghiệt của buồng cháy, hệ thống điều khiển phun nhiên liệu phứctạp hơn nhiều do hỗn hợp tạo ra phức tạp hơn ở động cơ PFI, kết cấu buồng đốtcũng phức tạp hơn do phải bảo đảm được điều kiện hỗn hợp có thể cháy đượctrong điều kiện cực nghèo…
Hình III.4-Kết cấu buồng đốt PFI và GDI
III.2.Những đặc tính nổi bật của động cơ GDI.
• Điều khiển được lượng xăng cung cấp rất chính xác, hệ số nạp cao nhưđộng cơ diesel và thậm chí hơn hẳn động cơ diesel
• Động cơ có khả năng làm việc được với hổn hợp cực loãng( Air/Fuel) =(35¸-55) (khi xe đạt được vận tốc trên 120 Km/h)
• Hệ số nạp rất cao, tỉ số nén e cao (e =12) Động cơ GDI vừa có khả năngtải rất cao, sự vận hành hoàn hảo, vừa có các chỉ tiêu khác hơn hẳn động cơ MPI
Trang 34III.3.Những đặc điểm chủ yếu của động cơ GDI.
• Sự tiêu thụ nhiên liệu rất thấp Tiêu thụ nhiên liệu còn ít hơn động cơdiesel
• Công suất động cơ siêu cao, cao hơn nhiều so với các loại động cơ MPIđang sử dụng hiện nay
III.4.Những đặc tính kỹ thuật của động cơ GDI.
• Đường ống nạp thẳng góc với piston, tạo được sự lưu thông của lưu lượng giótối ưu nhất
• Hình dạng đỉnh piston lồi, lõm tạo thành buồng cháy tốt nhất, tạo được sự hòatrộn nhiên liệu + 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 tiếpvào xi lanh động cơ
• Kim phun nhiên liệu có áp suất phun cao (50 KG/cm2), chuyển động xoáy lốckết hợp với không khí tạo thành hổn hợp hòa khí ( xăng + gió) tốt nhất
• Ở chế độ tải nhỏ nhiên liệu được phun ở cuối quá trình nén Ở chế độ đầy tảinhiên liệu được phun ở quá trình nạp
• Tiêu hao nhiên liệu ít hơn 35% so với động cơ phun xăng “ MPI ” hiện nay
Trang 35Hình III.5
III.5.Những đặc tính riêng biệt của GDI:
Tiêu thụ nhiên liệu ít hơn , tối ưu hơn và hiệu suất cao hơn Thời điểmphun được tính toán rất chính xác nhằm đáp ứng được sự thay đổi tải trọng củađộng cơ.Ở chế độ tải trọng trung bình và xe chạy trong thành phố thì nhiên liệuphun ra ở cuối thì nén, giống như động cơ diesel và như vậy hổn hợp loãng đi rấtnhiều.Ở chế độ đầy tải, nhiên liệu được phun ra cuối thì nạp, điều này có khảnăng cung cấp 1 hổn hợp đồng nhất giống như động cơ MPI nhằm mục đích đạtđược hiệu suất cao
• Quá trình cháy với hổn hợp cực loãng : Ở tốc độ cao (trên 120 Km/h),động cơ “GDI” sẽ đốt 1 hổn hợp nhiên liệu cực loãng, tiết kiệm được lượngnhiên liệu tiêu thụ Ở chế độ này, nhiên liệu được phun ra cuối kỳ nén và kỳ nổ:
tỉ lệ hổn hợp là cực loãng , (Air/Fuel) = 30¸-40 (35¸-55 bao gồm EGR)
• Ở chế độ công suất cực đại : Khi động cơ GDI hoạt động ở chế độ tảilớn, toàn tải, tốc độ cao thì nhiên liệu được phun vào xi lanh động cơ trong suốt
kỳ nạp, sự cháy hoàn hảo hơn, nhiên liệu được cháy sạch, cháy kiệt, động cơ làmviệc êm dịu, không có tiếng gỏ
Trang 36III.6.Những ưu điểm kỹ thuật của động cơ” GDI”:
• Dòng khí chuyển động trong lòng xi lanh : Động cơ GDI có đường ốngnạp thẳng góc với xi lanh Không khí di chuyển trực tiếp vào đỉnh piston và sẽtạo xoáy lốc rất mạnh, đó cũng là thời điểm tốt nhất cho việc phun nhiên liệu vàođộng cơ
• Phun nhiên liệu: Các nhà chế tạo ô tô đã 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 thờiđiểm 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
III.7.Hệ thống nhiên liệu động cơ GDI.
III.7.1.cấu tạo.
Hệ thống nhiên liệu của động cơ GDI về cơ bản bao gồm:Bơm tiếp vânnhiên liệu, bơm áp suất cao, hệ thống phân phối và ổn định áp suất (commonrail), kim phun, hệ thống điều khiển phun, và các thiết bị phụ khác như: thùngnhiên liệu, lọc, van an toàn, …
Hình III.6- Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của một loại động cơ GDI.
Trang 371.Bộ đo khí nạp 11.Bộ xúc tác khí xả sơ cấp
3.Cảm biến áp suất không khí trong cổ góp nạp 13.Cảm biến nhiệt độ khí xả
4.Bơm áp suất cao 14.Bộ xúc tác NO x trong khí xả 5.Van điều khiển dòng khí nạp 15.Cảm biến lamda
6.Ống phân phối và kim phun áp cao 16.Cảm biến kích nổ
7.Bộ điều cỉnh góc phối khí (VVTi) 17.Cảm biến nhiệt độ động cơ
8.Bôbin lửa và bugi 18.Cảm biến tốc độ động cơ
9.Cảm biến trục cam 19.Bơm tiếp vận nhiên liệu(bơm điện) 10.Cảm biến lamda
Ở động cơ GDI, nhiên liệu được đưa trực tiếp vào buồng đốt ở kỳ nạphoặc kỳ nén Để đưa được nhiên liệu vào buồng đốt động cơ trong kỳ nén, hệthống nhiên liệu phải đáp ứng được yêu cầu áp suất phun nhiên liệu của kimphun phải lớn hơn áp suất trong buồng đốt ở kỳ nén, đồng thời để nhiên liệuđược phun tơi hòa trộn tốt với không khí trong buồng đốt thì áp suất phun đòi hỏiphải lớn hơn áp suất không khí trong buồng đốt ở kỳ nén rất nhiều (tỷ lệ này sẽđược xét phần sau)
Việc tạo hỗn hợp trong buồng đốt động cơ GDI liên quan trực tiếp đến quátrình cung cấp nhiên liệu Nếu việc cung cấp nhiên liệu không đạt yêu cầu sẽ dẫntới quá trình tạo hỗn hợp không tốt và quá trình cháy sẽ không phát huy hết côngsuất của động cơ, nhiên liệu không được đốt cháy hoàn toàn sẽ gây ra tiêu haonhiên liệu và ô nhiễm môi trường Dựa trên cở sở điều khiển cung cấp nhiên liệu
ở động cơ PFI, hệ thống cung cấp nhiên liệu DISC (direct – injection stratified –charge) của động cơ Diesel, hệ thống TCCS (Texeco controlled combustionsystem) dùng cho động cơ Diesel, hệ thống PROCO (Fordpro grammedcombustion control system), … các nhà nghiên cứu đã cho ra đời hệ thống cungcấp nhiên liệu cho động cơ GDI.Những năm gần đây, nhờ sự phát triển của điện
tử, máy tính, … hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ GDI ngày càng hoàn