khảo sát và tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp trên động cơ skyactive g2 0l trên ô tô mazda CX 5

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT VÀ TÍNH KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP TRÊN ĐỘNG CƠ SKYACTIVE - G2.0L TRÊN Ô TÔ MAZDA CX-5 Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS NGUYỄN QUANG TRUNG CAO TRUNG HUY Đà Nẵng, 2020 Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp tơ Mazda CX-5 LỜI NĨI ĐẦU Ngày với phát triển xã hội phương tiện giao thơng phát triển khơng ngừng kéo theo vấn đề nhiễm mơi trường mà phương tiện thải ngày trầm trọng, chí ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người Bên cạnh gia tăng giá đột biến giá xăng dầu tiêu chuẩn khí thải động ôtô ngày khắt 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 Nghành công nghiệp ôtô cho đời nhiều loại ôtô với tinh công dụng khác 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) với hệ thống phun xăng trực tiếp Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI đời giải pháp cho vấn đề nói Cùng với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, điện tử tin học giúp nghành công nghiệp ôtô thiết kế chế tạo thành cơng hệ thống phun xăng trực tiếp GDI có kết cấu nhỏ gọn, độ xác cao, an tồn, hiệu quả, nâng cao cơng suất động cơ, giảm ô nhiễm môi trường Với mục đích củng cố mở rộng kiến thức chun mơn, đồng thời làm quen với công tác nghiên cứu khoa học góp phần nâng cao hiệu sử dụng hệ thống nhiên liệu ô tô Em đựơc giao thực luận văn tốt nghiệp với đề tài :“KHẢO SỐT VÀ TÍNH KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP TRÊN SKYACTIVE G2.0 TRÊN Ô TÔ MAZDA CX-5” Tuy nhiên trình nghiên cứu khảo sát, thời gian khả hiểu biết hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong đóng góp ý kiến bổ sung thầy giáo để luận văn em hồn thiện Đà nẵng,ngày ,tháng ,năm 2020 Sinh viên thực Cao Trung Huy Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ XE MAZDA CX-5 VÀ ĐỘNG CƠ SKYACTIVE 1.1 Giới thiệu xe Mazda CX-5 động Skyactiv-G: 1.2 Giới thiệu cấu khuỷu trục-thanh truyền-piston 1.3 Hệ thống phân phối khí 1.4 Hệ thống đánh lửa 1.5 Hệ thống bôi trơn 10 1.6 Hệ thống làm mát 11 Chương 2: KHẢO SOÁT HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP TRÊN ĐỘNG CƠ SKYACTIVE 13 2.1 Phân tích hệ hống phun xăng trực tiếp động Skyactive 13 2.1.1 Giới thiệu chung hệ thống phun xăng trực tiếp 13 2.1.2 Sơ đồ hệ thống phun xăng trực tiếp động Skyactiv 17 2.2 Kết cấu chi tiết hệ thống phun xăng trực tiếp GDI 17 2.2.1 Bơm cao áp 17 2.2.2.1 Điều khiển bơm cao áp 19 2.2.2 Van điều chỉnh nhiên liệu FPRV 20 2.2.3 Cảm biến ống rail FPS 21 2.2.4 Các đường ống cao áp ống rail 22 2.2.5 Kim phun 22 2.2.6 Bơm xăng điện 24 2.2.7 Lọc nhiên liệu 25 2.2.8 ECU điều khiển 26 2.3 Các cảm biến hệ thống phun xăng trực tiếp GDI 27 2.3.1 Cảm biến ôxy (Oxygen sensor) 27 2.3.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 28 2.3.3 Cảm biến vị trí bướm ga (TPS) 29 2.3.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.(ECT) 30 2.3.5 Cảm biến vị trí trục cam 31 2.3.6 Cảm biến vị trí góc quay trục khuỷu 32 2.3.7 Cảm biến áp suất khí nạp 33 Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang Khảo soát tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 2.3.8 Cảm biến lưu lượng khí nạp 34 2.5.8 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 36 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ SKYACTIVE VÀ TÍNH KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG PHUN XĂNG 38 3.1 Tính tốn nhiệt 38 3.2 Tính tốn thơng số chu trình 40 3.2.1 Tính q trình nạp 40 3.2.2 Tính trình nén 41 3.2.3 Tính q trình cháy 42 3.2.4 Tính q trình giản nở 43 3.2.5 Các thơng số đặc trưng cho chu trình làm việc động 44 3.3 Xác định lưu lượng khí nạp 45 3.4 Tính tốn vịi phun 49 3.5 So sánh đánh giá hiệu động sử dụng công suất cực đại 49 3.6 So sánh đánh giá hiệu Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH VÀ QUY TRÌNH BẢO DƯỠNG SỬA CHỬA CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP 55 4.1 Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp GDI ô tô 55 4.1.1 Bảo dưỡng thường xuyên 55 4.1.2 Bảo dưỡng cấp 55 4.1.3 Bảo dưỡng cấp hai 55 4.1.4 Các công việc bảo dưỡng kỹ thuật 55 4.2 Các hư hỏng hệ thống cung cấp nhiên liệu ô tô 56 4.2.1 Các hư hỏng lọc nhiên liệu 56 4.2.2 Các hư hỏng vòi phun 56 4.3 Kiểm tra chẩn đoán thiết bị 56 KẾT LUẬN 57 Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ XE MAZDA CX-5 VÀ ĐỘNG CƠ SKYACTIVE 1.1 Giới thiệu xe Mazda CX-5 động Skyactiv-G: Các thông số kỹ thuật xe động cơ: Động Skyactiv-G hãng MAZDA sản xuất, lắp xe Mazda CX-5 Cùng với trang thiết bị tiêu chuẩn cải tiến trang thiết bị nội, ngoại thất làm cho Skyactiv-G 2.0L có tính vượt trội so với dòng xe đương thời Về ngoại thất, thiết kế theo ngôn ngữ Kudo, đường nét khỏe khoắn, đèn xi nhan bố trí gương chiếu hậu có thiết kế sắc lẹm giúp phương tiện dễ nhận biết tín hiệu sáng, đèn sương mù sám mờ lắp chìm mang lại tầm nhìn tốt cho người điều khiển Bên cabin, bảng điều khiển trung tâm cụm đồng nhìn thực tế, sử dụng vật liệu cao cấp với ánh sáng xanh nút điều khiển giúp người lái dễ dàng quan sát đảm bảo tính an tồn điều khiển xe Hệ thống phanh gồm phanh ABS bốn kênh,bốn cảm biến, phân bố lực phanh điện tử Sáu túi khí dây đai an tồn đảm bảo an toàn tối đa cho người lái hành khách xảy va chạm Xe trang bị động Skyactiv-G, động có tính vượt trội so với động đương thời Skyactiv-G động xăng với xilanh đặt thẳng hàng, 16 xupáp Các xupáp đựợc dẫn động trực tiếp từ cam Cam đặt nắp máy, gồm trục cam dẫn động xupáp (S-VVT) Skyactiv-G 2.0L tích hợp hệ thống điều khiển van biến thiên lưu lượng dầu OCV (Oil-Flow Control Valve) cho phép tối ưu hóa thời gian, tiết kiệm nhiên liệu Hình 1-1: Hình chiếu đứng động Skyactiv-G Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 Bảng 1.1: Bảng thông số kỹ thuật xe Mazda CX-5 Tên thông số kỹ thuật Thứ tự Giá trị Dài x Rộng x Cao (mm x mm x mm) 4550 x 1840 x 1680 Chài dài sở (mm) 2700 Khoảng sáng gầm(mm) 200 Khối lượng khơng tải(kg) 1550 Khối lượng tồn tải(kg) 2058 Dung tích nhiên liệu(L) 56 Dung tích khoang hành lý(L) 505 Hộp số(cấp) Dung tích xi lanh(cc) 1998 10 Cơng suất cực đại(Hp/rpm) 113/6200 11 Mô men xoắn cực đại(Nm/rpm) 194/4100 12 Hệ thống treo trước McPherson 13 Hệ thống treo sau Liên kết đa điểm 14 Hệ thống phanh trước Đĩa thơng gió 15 Hệ thống phanh sau Đĩa đặc 16 Kích thước lốp 225/55R19 17 Mâm xe(inch) 19 18 Hệt hóng dẫn động Cầu trước 19 Hệ thống chống bó cứng phanh ABS Có 20 Hệ thống phân phối lực pahnh điện tử EBD Có 21 Hệ thống hỗ trực lực phanh khẩn cấp BA Có 1.2 Giới thiệu cấu khuỷu trục-thanh truyền-piston Động Skyactiv-G xe Mazda CX-5 sử dụng cụm piston-thanh truyền dạng lệch tâm, có ưu điểm làm giảm lực ngang tác dụng lên piston, làm giảm đường kính cổ trục, tăng độ cứng vảy piston, giảm lực bung xéc măng Piston làm hợp Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 kim nhơm có đường kính 83.5(mm), đỉnh piston để tránh tổn thất nhiệt Xéc măng số 1, có phân biệt mặt Hình 1-2: Nhóm piston động Skyactiv-G Thanh truyền động đúc thép hợp kim, kết cấu truyền mô tả đây: Bảng 1.2: Thông số cụm truyền Hạng mục Skyactiv-G 2.0 Khoảng cách đầu to đầu nhỏ truyền(mm) 155.2 Độ dày(mm) 21.0 Khối lượng(g) 461 Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp tơ Mazda CX-5 Hình 1.3 Nhóm truyền động Skyactiv-G Động sử dụng trục khuỷu có kết cấu có khuỷu trục, khuỷu trục gồm cổ trục, má khuỷu, cổ biên đối trọng Vật liệu sản xuất thép hợp kim mơ tả hình bên dưới: Hình 1.4 Trục khuỷu động Skyactiv-G 1.3 Hệ thống phân phối khí Động Skyactiv-G (CX-5) sử dụng hệ thống phân phối khí dạng DOHC Cơ cấu phối khí điều khiển đồng thời góc mở đóng xupáp nạp, thải điện tử có hai trục cam dẫn động Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp tơ Mazda CX-5 Hình 1.5 Hệ thống phân phối khí động Skyactiv-G Với cấu điều khiển thời điểm phân phối thông minh sử dụng cam nạp cam xả nhằm cải thiện hiệu suất nhiên liệu từ giảm thiểu độ ô nhiễm môi trường Cam nạp sử dụng cảm biến vị trí cam nạp( Intake CMP sensor).Cam xả sử dụng cảm biến vị trí cam xả( Exhaust CMP sensor) Ngồi ra, cấu phân phối dùng trục cam có bề mặt gia công với độ nhẵn cao Xupáp sử dụng bạc đạn bi kim cò mổ làm giảm tải trọng đặt lên lò xo xupáp Sên cam sử dụng có độ cứng cao giúp giảm sức căng lên sên cam 1.4 Hệ thống đánh lửa Hệ thống đánh lửa động Skyactive xe Mazda CX-5 loại đánh lửa trực tiếp (đánh lửa trực tiếp đơn chiếc), nghĩa bugi đánh lửa bơ bin đánh lửa có thự tự đánh lửa 1-3-4-2 Bugi đánh lửa dùng loại có số hiệu PE011810, thể hình bên Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 Hình 1-6: Hệ thống đánh lửa trực tiếp động Skyactiv-G Quá trình đánh lửa hệ thống Hệ thống điều khiển bao gồm cảm biến để xác định tình trạng làm việc đơng cơ, ECM tính tốn thời điểm thời gian phun cho phù hợp với tín hiệu cảm biến, truyền tín hiệu đánh lửa đến IC đánh lửa tác động điều khiển lượng nhiên liệu phun dựa tín hiệu ECM Các cảm biến xác định lưu lượng khơng khí nạp, số vịng quay động cơ, tải động cơ, nhiệt độ nước làm mát tăng tốc-giảm tốc Cảm biến gửi tín hiệu ECM, sau ECM hiệu chỉnh thời gian phun gửi tín hiệu đến kim phun thơng qua biến đổi điện áp EDU, kim phun nhiên liệu vào đường ống nạp, lượng nhiên liệu phun tùy thuộc vào thời gian tín hiệu từ ECM Thời gian đánh lửa điều khiển hệ thống điều khiển thời gian đánh lửa điện tử thời gian đánh lửa tính tốn liên tục theo điều kiện động dựa giá trị thời điểm đánh lửa tối ưu lưu giữ máy tính, dạng đồ ESA So với điều khiển đánh lửa học hệ thống thơng thường điều khiển ESA có độ xác cao khơng cần đặt thời điểm đánh lửa kết giúp tiết kiệm nhiên liệu tang công suất phát Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 * Tỷ số giản nở sau:  =  = 13 * Kiểm nghiệm lại trị số n2: Chọn trước n2 = 1,2465 theo công thức: n2 = 8,314 ( b −  z ).QH b // + avz// + z (Tz + Tb ) M (1 +  r ). (Tz − Tb ) +1 8,314 n2 = (0,9 − 0,85).44000 0,0076 + 21,427 +  (2173 + 1154,7) 0,52.(1 + 0,11).1,043.(2173 − 1154,7) Trong : Tb = Tz  n2 −1 = 2173 = 1154,7 131, 2465 −1 + = 1,24655 (K) * Nhiệt độ cuối trình giản nở Tb (K) : Tb = Tz  = n2 −1 2173 = 1154,7 (K) 131, 2465 −1 * Áp suất cuối trình giản nở pb (MN/m2): pb = pz  n2 = 4,95 = 0,2 131.2465 (MN/m2) * Kiểm tra lại nhiệt độ khí sót : Trtinh P = Tb   r  Pb Sai số    m −1 m  0,11  = 1154,7     0,2  Trtinh − Trchon Trchon = 959 − 900 900 1, 45 −1 1, 45 = 959 (K) = 0,065  15% Thỏa mãn điều kiện 3.2.5 Các thông số đặc trưng cho chu trình làm việc động Khi động sử dụng momen cực đại n=4100(v/ph) * áp suất thi trung bình lý thuyết (MN/m2): Trong trường hợp động Xăng : p 'i = pc        1 − n2 −1  − 1 − n1 −1   −  n2 −     n1 −   = 1,98  2,5 1       1 − 1, 2465 −1  −  1 − 1, 2043 −1  = 0,955 13 − 1,2465 −  13  1,2043 −  13  * Áp suất thi trung bình (MN/m2): Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang 44 Khảo soát tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 p i = p' i  d = 0,944.0,97 = 0,926 (MN/m2) * Hiệu suất thị động i : i = 8,314.M pi Tk 8,314.0,52.0,926.300 = = 0,29 QH  v pk 44000.0,85.0,11 * Suất tiêu hao nhiên liệu thị gi (g/kw.h): gi = 3600 3600 = = 0,282 (Kg/kw.h) QH  i 44000.0,29 * Tổn thất giới pm (MN/m2) : Theo cơng thức kinh nghiệm : Vì : S/D=91,2/83,5 >1 Pm = 0,05 + 0,0155.Cm Pm = 0,05+0,0155.12,464 = 0,243 Trong : Cm = S n 0,0912.4100 = = 12,464 (m/s) 30 30 * Áp suất trung bình (MN/m2) : pe = pi - pm = 0,926 - 0,243= 0,683 * Hiệu suất giới (%) : m = p e 0,683 = = 0.738 p i 0,926 * Suất tiêu hao nhiên liệu có ích: ge = gi m = 0,282 = 0,38 (Kg/kw.h) 0,738 * Hiệu suất có ích (%):  =   = 0,738×0,29 = 0,21 e m i 3.3 Xác định lưu lượng khí nạp Ở chế độ làm việc xác định, lượng nhiên liệu phun vào xilanh Gnl động phụ thuộc vào lượng khí nạp Gk Việc xác định Gk thông qua cảm biến lưu lượng khí nạp cảm biến áp suất đường ống nạp Quá trình điều khiển lượng nhiên liệu cung cấp Gnl thực chất điều khiển thời gian phun nhiên liệu tf, vì: Gnl = Qnl.nl.tf (kg/ct) Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang 45 Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 Với: Qnl: Lưu lượng xăng qua vòi phun (m3 /s) nl: Khối lượng riêng xăng (kg/m3 ); tf: Thời gian phun (s) Trong đó, lưu lượng thể tích xăng Qnl xác định theo biểu thức: Qnl= Ff vnl (m3 /s) Với Ff: Tiết diện lưu thơng vịi phun (m2 ); Ff =  d =  0, 0005 =1,96.10-7 ( m2 ) 2 4 Với d : đường kính phun chọn d = 0,5 (mm) = 0,0005 (m) vnl: Tốc độ xăng qua vòi phun (m/s) Cần lưu ý tốc độ xăng qua vòi phun phụ thuộc vào chênh lệch áp suất xăng trước lỗ phun áp suất khơng khí đường nạp vnl= P nl = 20000000 = 234 (m/s) 730 Với : ∆P chọn = 200bar =20000000 (N/m2) nl = 0.73 (kg/lít) =730 (kg/m3) Để đảm bảo tốc độ phun không đổi, hệ thống phun xăng có trang bị ổn định áp suất (∆P = const,trong động phun xăng trực tiếp ∆P ≈ 400 bar), việc xác định lượng nhiên liệu cung cấp cho động phụ thuộc vào thời gian mở kim phun Vậy : Qnl=234.1,96.10-7= 4,586.10-5 (m3/s) Như để tính lượng nhiên liệu cung cấp cho động ta phải xác định hai biến số Gk tf Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang 46 Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 Một yếu tố quan trọng điều khiển phun xăng xác định khối lượng khơng khí vào xylanh Lượng xăng tương ứng tính tốn để đảm bảo tỉ lệ hịa khí mong muốn Trên thực tế, khơng thể đo xác khối lượng khơng khí vào xylanh Vì vậy, điều khiển động phun xăng, người ta thường dựa lưu lượng khối lượng khơng khí qua đường ống nạp Lượng khơng khí tính tốn trước nạp vào EEPROM theo chương trình lập trước Tỉ lệ hịa khí lựa chọn 0 : tùy theo kiểu động cơ, chẳng hạn tỉ lệ lý tưởng 0 Một bảng giá trị chứa giá trị 0= f( Pk ,n) đưa vào EEPROM Tỉ lệ hịa khí thực tế  : phụ thuộc vào thông số nhiệt độ động trình hâm nóng hiệu chỉnh để tăng đặc tính động học (tăng tốc, giảm tốc, tải lớn, không tải) Đối với thể tích khơng khí Vk điều kiện nhiệt độ T áp suất P, tỷ trọng khơng khí xác định : k=mk/Vk (kg/m3 ) Trong đó: mk khối lượng khơng khí thể tích Vk Như vậy, lưu lượng khối lượng khơng khí Gk suy từ lưu lượng thể tích Q k khơng khí: Gk= Qk.k Trường hợp dùng cảm biến áp suất tuyệt đối đường ống nạp kết hợp với cảm biến nhiệt độ khí nạp, máy tính xác định tỷ trọng k theo biểu thức: k=o pk To p o Tk Trong đó: o tỷ trọng khơng khí điều kiện áp suất khí mực nước biển po = 1atm nhiệt độ môi trường To = 293o K Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang 47 Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 Theo phương trình trạng thái khí lý tưởng, ta xác định o sau: o =po/R.To Ở đây: R- số chất khí xác định theo biểu thức: R = 8314/ =8314/29 = 287 (J/kg K) Khi động thực chu trình (2 vịng quay trục khuỷu) xilanh nạp lần, gọi lượng khí nạp vào đường nạp giây Gk động có i xilanh thực tốc độ quay trục khuỷu n (v/ph), lượng khơng khí nạp cho xi lanh chu trình Gk là: Gk = Gk (kg/ct) 120.i.n Gk : xác định nhờ cảm biến tính theo kg/s Về lý thuyết Gk tính sau: Gk = n p T Vh.v.o k o (kg/s) 120 p o Tk Với: n=4100(v/ph) = 68,3(v/s) v=0.85 Ta có o =po/R.To o pk 100000 pk To = = R=287 (J/kg K) 300.287 p o Tk Tk R Pk=0,1 (MN/m2) = 100000(kg/m2) Tk= 300 K Ở Vh=0.0005 dung tích cơng tác xi lanh tính m3 Vậy: Gk= 68,3 100000 0,0005.0,85 = 2,8.10-4 (kg/s) 120 300.287 Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang 48 Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 3.4 Tính tốn vịi phun Ở chế độ làm việc ổn đinh, lương nhiên liệu cung cấp cho chu trình(Gnl) tỉ lệ với lượng nạp vào động Do lượng nhiên liệu cung cấp cho xilanh chu trình là: Ở chế độ làm việc ổn định, lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình (Gnl) tỉ lệ với lượng khí nạp vào động Do lượng nhiên liệu cung cấp cho xilanh chu trình là: Gnl= Gk (kg/ct) L o  Trong đó: L0: lượng khơng khí lý thuyết để đốt 1kg nhiên liệu (kg kk/kg nl) Với: Lo=14,7 (kgkk/kgnl)  hệ số dư lượng khơng khí chế độ thực tế tính Với =1 Gnl = Gk 2,8.10 −4 = = 1,9.10 −5 (kg/ct) L o  14,7.1 Do đó: Thời gian phun tf tính: tf = G nl 1,9.10 −5 = = 5,7.10 − ( s ) −5 Qnl  nl 4,586.10 730 Lưu lượng bơm cao áp khoảng ba lần tổng lưu lượng vịi phun Do Gnlb = Gnl =4.1,9 10 −5 = 7,6 10 −5 (kg/ct) 3.5 So sánh đánh giá hiệu động sử dụng công suất cực đại Khi sử dụng công suất cực đại n=6200(v/ph) * áp suất thi trung bình lý thuyết (MN/m2): Trong trường hợp động Xăng : p 'i = pc        1 − n2 −1  − 1 − n1 −1   −  n2 −     n1 −   Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang 49 Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 = 1,98  2,5 1       1 − 1, 2465 −1  −  1 − 1, 2043 −1  = 0,955 13 − 1,2465 −  13  1,2043 −  13  * Áp suất thi trung bình (MN/m2): p i = p' i  d = 0,955.0,97 = 0,926 (MN/m2) * Hiệu suất thị động i : i = 8,314.M pi Tk 8,314.0,52.0,926.300 = = 0,29 QH  v pk 44000.0,85.0,11 * Suất tiêu hao nhiên liệu thị gi (g/kw.h): gi = 3600 3600 = = 0,282 (Kg/kw.h) QH  i 44000.0,29 * Tổn thất giới pm (MN/m2) : Theo công thức kinh nghiệm : Vì : S/D=91,2/83,5 >1 Pm = 0,05 + 0,0155.Cm Pm = 0,05+0,0155.18,848 = 0,342 Trong : Cm = S n 0,0912.6200 = = 18,848 (m/s) 30 30 * Áp suất trung bình (MN/m2) : pe = pi - pm = 0,926 - 0,342= 0,584 * Hiệu suất giới (%) : m = pe 0,584 = = 0,63 pi 0,926 * Suất tiêu hao nhiên liệu có ích: ge = gi m = 0,282 = 0,45 (Kg/kw.h) 0,63 * Hiệu suất có ích (%):  =   = 0,63×0,29 = 0,18 e m i Ở chế độ làm việc xác định, lượng nhiên liệu phun vào xilanh Gnl động phụ thuộc vào lượng khí nạp Gk Việc xác định Gk thơng qua cảm biến lưu lượng khí nạp cảm biến áp suất đường ống nạp Quá trình điều khiển lượng nhiên liệu cung cấp Gnl thực chất điều khiển thời gian phun nhiên liệu tf, vì: Gnl = Qnl.nl.tf (kg/ct) Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang 50 Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 Với: Qnl: Lưu lượng xăng qua vòi phun (m3 /s) nl: Khối lượng riêng xăng (kg/m3 ); tf: Thời gian phun (s) Trong đó, lưu lượng thể tích xăng Qnl xác định theo biểu thức: Qnl= Ff vnl (m3 /s) Với Ff: Tiết diện lưu thông vòi phun (m2 ); Ff =  d =  0, 0005 =1,96.10-7 ( m2 ) 2 4 Với d : đường kính phun chọn d = 0,5 (mm) = 0,0005 (m) vnl: Tốc độ xăng qua vòi phun (m/s) Cần lưu ý tốc độ xăng qua vòi phun phụ thuộc vào chênh lệch áp suất xăng trước lỗ phun áp suất khơng khí đường nạp vnl= P nl = 20000000 = 234 (m/s) 730 Với : ∆P chọn = 200bar =20000000 (N/m2) nl = 0.73 (kg/lít) =730 (kg/m3) Để đảm bảo tốc độ phun không đổi, hệ thống phun xăng có trang bị ổn định áp suất (∆P = const,trong động phun xăng trực tiếp ∆P ≈ 400 bar), việc xác định lượng nhiên liệu cung cấp cho động phụ thuộc vào thời gian mở kim phun Vậy : Qnl=234.1,96.10-7= 4,586.10-5 (m3/s) Như để tính lượng nhiên liệu cung cấp cho động ta phải xác định hai biến số Gk tf Một yếu tố quan trọng điều khiển phun xăng xác định khối lượng không khí vào xylanh Lượng xăng tương ứng tính tốn để đảm bảo tỉ lệ hịa Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang 51 Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp tơ Mazda CX-5 khí mong muốn Trên thực tế, khơng thể đo xác khối lượng khơng khí vào xylanh Vì vậy, điều khiển động phun xăng, người ta thường dựa lưu lượng khối lượng khơng khí qua đường ống nạp Lượng khơng khí tính tốn trước nạp vào EEPROM theo chương trình lập trước Tỉ lệ hịa khí lựa chọn 0 : tùy theo kiểu động cơ, chẳng hạn tỉ lệ lý tưởng 0 Một bảng giá trị chứa giá trị 0= f( Pk ,n) đưa vào EEPROM Tỉ lệ hịa khí thực tế  : phụ thuộc vào thông số nhiệt độ động q trình hâm nóng hiệu chỉnh để tăng đặc tính động học (tăng tốc, giảm tốc, tải lớn, khơng tải) Đối với thể tích khơng khí Vk điều kiện nhiệt độ T áp suất P, tỷ trọng khơng khí xác định : k=mk/Vk (kg/m3 ) Trong đó: mk khối lượng khơng khí thể tích Vk Như vậy, lưu lượng khối lượng khơng khí Gk suy từ lưu lượng thể tích Q k khơng khí: Gk= Qk.k Trường hợp dùng cảm biến áp suất tuyệt đối đường ống nạp kết hợp với cảm biến nhiệt độ khí nạp, máy tính xác định tỷ trọng k theo biểu thức: k=o pk To p o Tk Trong đó: o tỷ trọng khơng khí điều kiện áp suất khí mực nước biển po = 1atm nhiệt độ môi trường To = 293o K Theo phương trình trạng thái khí lý tưởng, ta xác định o sau: o =po/R.To Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang 52 Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 Ở đây: R- số chất khí xác định theo biểu thức: R = 8314/ =8314/29 = 287 (J/kg K) Khi động thực chu trình (2 vịng quay trục khuỷu) xilanh nạp lần, gọi lượng khí nạp vào đường nạp giây Gk động có i xilanh thực tốc độ quay trục khuỷu n (v/ph), lượng khơng khí nạp cho xi lanh chu trình Gk là: Gk = Gk (kg/ct) 120.i.n Gk : xác định nhờ cảm biến tính theo kg/s Về lý thuyết Gk tính sau: Gk = n p T Vh.v.o k o (kg/s) 120 p o Tk Với: n=6200(v/ph) = 103,3(v/s) v=0.85 Ta có o =po/R.To o pk 100000 pk To = = R=287 (J/kg K) 300.287 p o Tk Tk R Pk=0,1 (MN/m2) = 100000(kg/m2) Tk= 300 K Ở Vh=0.0005 dung tích cơng tác xi lanh tính m3 Vậy: Gk= 100000 103,3 0,0005.0,85 = 4,25.10-4 (kg/s) 120 300.287 Ở chế độ làm việc ổn định, lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình (Gnl) tỉ lệ với lượng khí nạp vào động Do lượng nhiên liệu cung cấp cho xilanh chu trình là: Gnl= Gk (kg/ct) L o  Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang 53 Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp tơ Mazda CX-5 Trong đó: L0: lượng khơng khí lý thuyết để đốt 1kg nhiên liệu (kg kk/kg nl) Với: Lo=14,7 (kgkk/kgnl)  hệ số dư lượng khơng khí chế độ thực tế tính Với =1 Gnl = Gk 4,25.10 −4 = = 2,89.10 −5 (kg/ct) L o  14,7.1 Do đó: Thời gian phun tf tính: tf = Gnl 2,89.10 −5 = = 8,63.10 − ( s ) Qnl  nl 4,586.10 −5.730 Lưu lượng bơm cao áp khoảng ba lần tổng lưu lượng vịi phun Do Gnlb = Gnl =4.2,89 10 −5 = 1,156 10−4 (kg/ct) Như ta có bảng so sánh đánh giá hiệu Bảng 3.2 so sánh thông số động Các thông số Sử dụng momen xoắn cực đại Sử dụng công suất cực đại Hiệu suất giới(%) 73,8 63 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích(Kg/Kw.h) 0,38 0,45 Hiệu suất có ích(%) 21 18 Lượng nhiên liệu tiêu thụ cho chu trình(kg/ct) 1,9 10−5 2,89 10−5 Kết luận, dựa vào bảng ta thấy thông số : hiệu suất giới, hiệu suất có ích, lượng nhiên liệu tiêu thụ cho chu trình, suất tiêu hao nhiên liệu có ích tăng Từ biết động sử dụng công suất cực đại tăng công suất, nhiên tiêu thụ nhiên liệu nhiều Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang 54 Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH VÀ QUY TRÌNH BẢO DƯỠNG SỬA CHỬA CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP 4.1 Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp GDI ô tô 4.1.1 Bảo dưỡng thường xuyên - Dùng mắt kiểm tra tình trạng phận thuộc hệ thống cung cấp nhiên liệu, độ kín khít mối nối, cần khắc phục hư hỏng - Thay dầu máy,kiểm tra mức nước làm mát cần bổ sung thêm 4.1.2 Bảo dưỡng cấp - Rửa thay dầu bầu lọc khơng khí - Kiểm tra độ kín khít giữu cac mối nối,siết chặt bu lông - Kiểm tra làm việc van tắt máy điện mà dẫn động cấu dẫn động bàn đạp ga điều chỉnh lưu lượng nhiên liệu máy chuẩn đoán 4.1.3 Bảo dưỡng cấp hai - Kiểm tra độ kẹp chặt độ kín khít thùng chứa nhiên liệu, ống dẫn nhiên liệu, bơm cao áp, vòi phun, bầu lọc cấu dẫn động bơm - Kiểm tra dòng chảy nhiên liệu cần xả nhiên liệu cho khơng khí lẫn hệ thống ngồi 4.1.4 Các cơng việc bảo dưỡng kỹ thuật a Lọc nhiên liệu - Lọc nhiên liệu tách tạp chất khỏi nhiên liệu tránh không để xảy hư hỏng kể Tuy nhiên, chất bẩn tích tụ lọc nhiên liệu, tính lọc lọc giảm Vì vậy, lọc nhiên liệu phải thay định kỳ - Các thao tác chính: + Mở nắp bình xăng + Đặt khay hứng phía lọc nhiêu liệu b Lọc gió Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang 55 Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 - Nếu lọc gió bị tắc bụi bẩn, luồng khí bị ngăn cả, làm giảm tính động Vì vậy, phải kiểm tra lại lọc gió thường xuyên - Kiểm tra phần tử lọc gió: lọc q nhiều bẩn hay bụi phải thay thế, phần tử lọc bị thấm nước hay dầu phải thay, làm thay d Ống xả giá treo Kiểm tra ống xả ống giảm định kỳ bao gồm: - Kiểm tra ăn mòn hay hư hỏng, biến dạng mức thân ống xả - Kiểm tra lắp ống xả ống giảm thanh, q trình hoạt động, rung sóc mà làm bu lông lắp ghép bị nới lỏng tuột giá treo ống xả 4.2 Các hư hỏng hệ thống cung cấp nhiên liệu ô tô 4.2.1 Các hư hỏng lọc nhiên liệu Bộ lọc dùng để khử tạp chất học lẫn nhiên liệu vào bơm chuyển nhiên liệu Lõi lọc cũ, bẩn sử dụng lâu ngày gây chức lọc dẫn đến tắc lọc Cặn bẩn, tạp chất nhiều cốc lọc gây tắc lọc giảm tính thơng qua lọc 4.2.2 Các hư hỏng vịi phun - Lỗ phun bị tắc giảm tiết diện: trình sử dụng muội than bám vào đầu vòi phun làm tắc lỗ phun Trong nhiên liệu q trình cháy tạo axít ăn mịn đầu vòi phun làm ảnh hưởng đến chất lượng phun - Kim phun mòn: tăng khe hở phần dẫn hướng làm giảm áp suất phun, lượng nhiên liệu hồi tăng lên giảm lượng nhiên liệu cung cấp vào buồng cháy Cơng suất động giảm 4.3 Kiểm tra chẩn đốn thiết bị - Nhận thấy tiến hành xác định lỗi động cách đếm số lần sáng, tối đèn Ta phải đồng thời quan sát đồng hồ để xác định mã lỗi, điều dễ gây sai sót có phải quan sát nhiều lần gây tốn phí thời gian - Các liệu truyền từ ECU đến thiết bị kiểm tra: Nhiệt độ nước làm mát, vận tốc động cơ, góc đánh lửa sớm, vị trí bướm ga, cảm biến ôxy… Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang 56 Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian làm đồ án với đề tài “Khảo sát tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp động Skyactiv-G2.0L ô tơ Mazda CX-5” đến em hồn thành với giúp đỡ bảo tận tình thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Quang Trung thầy cô bạn khoa Trong đề tài em sâu tìm hiểu tính hoạt động hệ thống phun xăng trực tiếp GDI chi tiết, cấu hệ thống Phần đầu đồ án trình bày tổng thể xe hệ thống ô tô Mazda CX-5 Phần sau, giới thiệu chung hệ thống phun xăng trực tiếp ưu nhược điểm hệ thống Phần trung tâm đồ án trình bày hệ thống phun xăng trực tiếp tơ Mazda CX-5, sâu tìm hiểu phần hệ thống bao gồm: cấu bơm cao áp, vòi phun cao áp, bơm xăng điện, lọc nhiên liệu, ống rail,… loại cảm biến Đồng thời tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp: tính tốn chu trình nhiệt cơng tác, lưu lượng khí nạp, thời gian phun động tìm hiểu vận hành, quy trình bảo dưỡng sửa chữa Sau hồn thành xong đồ án, tìm hiểu kỹ hệ thống phun xăng trực tiếp động Skyactiv-G2.0L Em nhận thấy động Skyactiv-G2.0L lắp ô tô Mazda CX-5 giúp tăng hiệu suất, tăng công suất động cơ, tiết kiệm xăng giảm khí thải làm ô nhiễm môi trường Tuy chưa phải lý tưởng, nên cần phải ngiên cứu phát triển ngành động đại Do kiến thức nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo cịn nên đồ án tốt nghiệp em khơng tránh khỏi thiếu sót Qua đề tài bổ sung cho em thêm nhiều kiến thức chuyên ngành động đốt đặc biệt hệ thống phun xăng trực tiếp Qua thời gian làm đồ án tốt nghiệp em nâng cao kiến thức công nghệ thông tin : Word, Excel, AutoCAD… phục vụ cho công tác sau Ðồng thời qua thân em cần phải cố gắng học hỏi tìm tịi để đáp ứng yêu cầu người cán kỹ thuật ngành động lực Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang 57 Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX-5 Tài liệu tham khảo 1:Trần Văn Nam- Dương Việt Dũng “Cung cấp nhiên liệu động đốt trong”.Đà Nẵng: Đại học Bách khoa Đà Nẵng 2: Nguyễn Tất Tiến “Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong ” Hà Nội: NXB Giáo dục; 2000 3: Trần Thanh Hải Tùng “Giáo Trình Động Cơ Đốt Trong ” Đà Nẵng: Đại học Bách khoa Đà Nẵng 4: Trần Thanh Hải Tùng “Bài giảng mơn học tính toán thiết kế động đốt trong” Đà Nẵng: Đại học Bách khoa Đà Nẵng Hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Trung SVTH: Cao Trung Huy Trang 58 ... Trang 16 Khảo sốt tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX- 5 2.1.2 Sơ đồ hệ thống phun xăng trực tiếp động Skyactiv Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống phun xăng trực tiếp động Skyactive. .. KHẢO SOÁT HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP TRÊN ĐỘNG CƠ SKYACTIVE 2.1 Phân tích hệ hống phun xăng trực tiếp động Skyactive 2.1.1 Giới thiệu chung hệ thống phun xăng trực tiếp Phun xăng trực tiếp (GDI)... kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp ô tô Mazda CX- 5 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ XE MAZDA CX- 5 VÀ ĐỘNG CƠ SKYACTIVE 1.1 Giới thiệu xe Mazda CX- 5 động Skyactiv-G: Các thông số kỹ thuật xe động cơ: