2. Nội dung nghiên cứu:
1.2 Hệ thống phun nhiênliệu trực tiếp
1.2.1 Mơ tả chung
Hình 39 Gasoline Direct Injection Engine
T O ÁC Đ O Ä O ÂT O Â T A ÊN G
O N O N
O F F O F F
Hiện nay thách thức quan trọng nhấtcủacác nhà sản xuất ơ tơ đối mặt là phải cung cấp những chiếc xe hoạt động với cơng suất cao và hiệu suất nhiên liệu tối ưu trong khi vẫn đảm bảo thải sạch và sự thoải mái cho người ngồi trên xe. Nhận thức được tình trạng ấm lên của trái đất là mối đe dọa thật sự cho chúng ta càng thử thách các nhà sản xuất. Để ngăn chặn nguy cơ này chúng ta c ần giảm lượng khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính và để giảm khí CO2 sinh ra chúng ta cần nhanh chĩng chế tạo ra những động cơ thải ra ít CO2 h ơn những động cơ truyền thống.
Động cơ GDI được chế tạo đảm bảo thân thiện với mơi trường bằng cách giải quyết vấn đề thường đi kèm với những động cơ trước đây như là những giới hạn về cơng xuất, giá cả và thiết kế của nĩ. Cơng nghệ
GDI giúp cải thiện 10-30% hiệu suất tiêu hao nhiênliệu so với những động cơ phun xăng truy ền thống.
Bên trong động cơ GDI, nhiên liệu được phun trực tiếp vào xi lanh. Giúp loại trừ những hạn chế trước đây trong việc kiểm sốt sự cháy chẳng hạn như là khơng thể nạp đủ nhiên liệu sau khi van hút đĩng. Để điều khiển sự cháy một cách chính xác, GDI đảm bảo phối hợp giữa tiết kiệm nhiên liệu và tăng cơng xuất. Trong những động cơ xăng truyền thống nhiên liệu và khơng khí được trộn bên ngồi xi lanh.
Điều này làm gây ra hao phí nhiên liệu cùng với sự sai lệch thời điểm phun. Vấn đề này được giải quyết với động cơ D-4 của Toyota. Nhi ên liệu được phun trực tiếpvào xi lanh đúng thời điểm làm tăng hiệu suất nhiên liệu và giảm hao phí.
Trong nhiều năm qua, nh ững kỹsư thấy rằng nếu ta cĩ th ể chế tạo ra một loại động cơ xăng hoạt động giống như một động cơ diesel. Với động cơ xăng này nhiên liệu được phun trực tiếpvào xi lanh với hỗn hợp nghèo và hỗn hợp giàu xung quanh bugi được đánh lửa, như vậy chúng ta cĩ được một động cơ đạt được hiệu suất nhiên liệu của động cơ diesel và đồng thời cũng đạt được cơng suất cao như các động cơ phun xăng truyền thống.
Để đốt cháyđược xăng thì xăng và khơng khí phải được hồ trộn để hình thành ra hỗn hợp nhiên liệu đúng và cùng với sự chính xác về thời điểm phun thì hỗn hợp nhiênliệu sẽ được nén lại giữa các cực củabugi đúng thời điểm đánh lửa. Động cơ phun xăng trực tiếp GDI đạt được cơng nghệ này giúp điều khiển chính xác hỗn hợp nhi ên liệu.
1.2.2 Tổng quát
Hệ thống điện điều khiển bao gồm các cảm biến để xác định tình trạng làm việc của động cơ, ECU tính tốn thời điểm vàthời gian phun cho phù hợp với tín hiệu từ các cảm biến, và các bộ tác động điều khiển lượng nhiên liệu phun cơ bản dựa vào các tín hiệu từ ECU.
Các cảm biến xác định lưu lượng khơng khí nạp, số vịng quay của động cơ , tải động cơ, nhiệt độ nước làm mát và sự tăng tốc -giảm tốc.
Các cảm biến gởi tín hiệu về ECU, sau đĩ ECU sẽ hiệu chỉnh thời gian phun và gởi tín hiệu đến các kim phun thơng qua bộ biến đổi điện áp EDU, các kim phun s ẽ phun nhiên liệu vào đường ống nạp, l ượng nhiên liệu phun tuỳ thuộc vào thời gian tín hiệu từ ECU.
Hình 40 Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều khiển động cơ GDI
Kết cấu piston cĩ nhiều điểm khác so với các động cơ trước đây, đường ống nạp cũng cĩ nhiều thay đổi để ph ù hợp với hệ thống.
Phần lớn động cơ sử dụng hệ thơng GDI đều đánh lửa trực tiếp bobin đơn, bướm ga thơng minh, cảm biến bàn đạp ga. Cĩ thể nĩi động cơ GDI thích hợp nhiều cơng nghệ mới nhất của thế giới trong lĩnh vực ơtơ
1.3 Hệ thống turbo tăng áp. 1.3.1 Tổng quan hệ thống 1.3.1 Tổng quan hệ thống
Hệ thống tăng áp biến thiên (Variable Nozzle Turbocharger, viết tắt là VNT) của Toyota được áp dụng trên các dịng xe Fortuner và Hilux từ cuối năm 2012 tại thị trường Philippines. Về bản chất và nguyên lý hoạt động, hệ thống tăng áp VNT này cũng tương tự như hệ thống VGT (Variable Geometry Turbo) vốn đã được nhiều hãng như Porsche, Ford, Honda, Peugeot, Fiat, Hyundai,… áp dụng.
Hình 42 Vị trí turbo tăng áp
Cơng nghệ VNT cải thiện hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu của động cơ, đồng thời giúp tăng cơng suất và mơ-men xoắn lần lượt khoảng 40% và 30% so với động cơ cũ. Hệ thống này hoạt động nhờ một cánh quạt điều khiển bằng mơ-tơ, cĩ thể thay đổi gĩc mở tích hợp bên trong turbo để điều chỉnh tốc độ và áp suất của dịng khí tùy theo tình trạng hoạt động của bướm ga, để tăng cơng suất và tăng hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu.
1.3.2 Kết cấu của turbo tăng áp
Tuabin nạp khí (tuabin tăng áp) bao gồm khoang tuabin, khoang nén khí, khoang trung tâm, cánh tuabin, cánh nén khí, các ổ trục tự lực hồn tồn, van cửa xả, bộ chấp hành…
Hình 43 Cấu tạo Turbo tăng áp
Nguyên lý hoạt động của turbo tăng áp
Tuabin tăng áp được cố định trên đường ống xả khí bằng các bu lơng. Khí xả từ các xy-lanh sẽ làm quay các cách tuabin, nĩ hoạt động theo nguyên lý giống một động cơ tuabin khí. Tuabin được gắn lên cùng một trục với cánh nén khí, cánh nén khí được đặt giữa bộ lọc khí và đường ống dẫn khí nạp. Nhờ cách nén khí, khơng khí được nén vào trong các xy-lanh với áp suất cao.
Hình 44 Sơ đồ hệ thống turbo tăng áp
Hệ thống nén khí
Hình 45 Nén khí trong turbo tăng áp
Nén khí trong turbo tăng áp
Dịng khí xả từ các xy-lanh thổi ra tạo áp lực lên các cánh tuabin làm tuabin quay. Càng nhiều khí xả đi qua các cánh tuabin thì tuabin quay càng nhanh. Cánh tuabin phải chịu được nhiệt và cĩ độ bền cao vì nĩ tiếp xúc trực tiếp với khí xả, quay với tốc độ cao và trở nên rất nĩng. Bởi vậy, nĩ được làm bằng hợp kim siêu chịu nhiệt hoặc bằng gốm.
Mặt khác trên một đầu cịn lại của trục tuabin, cánh nén khí được gắn vào để đẩy khơng khí vào trong các xy-lanh. Các cánh nén khí là một loại bơm ly tâm, nĩ hướng dịng khơng khí từ tâm quay theo biên dạng cánh hướng ra ngồi.
Để cĩ thể tăng tốc độ quay lên đến 150.000 vịng/phút, trục của tuabin được đỡ bởi một ơ bi đặc biệt. Hầu hết các ổ bi đều bị quá hủy ở tốc độ như thế, cho hầu hết các tuabin tăng áp đều sử dụng loại ổ đỡ chất lỏng. Loại ổ bi này đỡ lấy trục tuabin bằng một lớp dầu cực mỏng. Điều này đạt được hai mục đích: trục quay của tuabin được làm mát và nĩ cho phép trục quay với lực cản ma sát thấp…
Van cửa xả được lắp trong khoang tuabin. Khi van này mở thì một phần khí xả sẽ đi tắt qua ống xả, nhờ thế mà giữ ổn định cho áp suất nạp, khi áp suất nạp đạt đến trị số đã định (khoảng 0,7 kg/cm2). Việc đĩng mở van được kiểm sốt bởi bộ chấp hành.
Một trong những vấn đề chính đối với turbo tăng áp đĩ là chúng khơng làm tăng cơng suất ngay lập tức khi bạn đạp ga. Phải mất khoảng vài giây đồng hồ để turbo tăng vận tốc trước khi tác dụng khuyếch đại cơng suất. Kết quả là một độ trễ xuất hiện khi bạn đạp ga và sau đĩ chiếc xe bất thình lình chồm lên khi turbo bắt đầu làm việc.
Một cách để làm giảm độ trễ tác dụng của turbo là giảm tác dụng quán tính của các bộ phận quay, chính là làm giảm trọng lượng bản thân của chúng. Điều này cho phép cánh tuabin và cánh nén khí cĩ thể tăng tốc rất nhanh và hỗ trợ tăng cường cơng suất cho động cơ sớm hơn. Một cách chắc chắn để giảm độ quán tính của cánh tuabin và cánh nén khí là chế tạo chúng cĩ kích thước nhỏ hơn. Một turbo cĩ kích thước nhỏ hơn sẽ tác dụng giúp tăng cường cơng suất cho động cơ nhanh hơn ở tốc độ động cơ thấp nhưng cĩ thể khơng cĩ tác dụng tăng cơng suất ở tốc độ động cơ cao khi một lượng lớn khí nạp được nén vào trong động cơ. Nĩ cũng nguy hiểm hơn khi tốc độ quay của tuabin quá nhanh ở tốc độ động cơ cao khi cĩ nhiều khí xả đi qua các cánh tuabin.
Các turbo tăng áp cĩ kích thước lớn hơn cĩ thể giúp tăng cơng suất động cơ nhiều hơn ở tốc độ cao nhưng lại sinh ra một độ trễ tác dụng rất lớn bởi vì nĩ mất nhiều thời gian hơn để tăng tốc độ quay của cánh tuabin và cánh nén khí do chúng nặng hơn. Để khắc phục được hạn chế này, người ta đã chế tạo một số bộ phận đặc biệt đi kèm với nĩ.
Hầu hết các động cơ cĩ gắn turbo tăng áp để cĩ một mức hao phí nhất định, điều này bắt buộc phải sử dụng một turbo tăng áp nhỏ hơn để giảm độ trễ trong khi ngăn nĩ khỏi quay quá nhanh ở tốc độ động cơ cao. Để ngăn hao tổn, trong turbo bố trí một van đặc biệt cho phép khí xả đi tắt qua các cánh tuabin. Van này cĩ độ nhạy lớn với sự tăng áp đột ngột. Nếu áp suất tăng lên quá cao, nĩ cĩ thể xác nhận rằng tuabin quay quá nhanh và mở ra cho phép một lượng khí xả đi vịng qua cánh tuabin và làm giảm tốc độ tuabin.
PHẦN III : KẾT LUẬN
I. Kết quả đạt được trong quá trình thực hiện đề tài:
Sau thời gian 2 tháng thu thập và biên soạn tài liệu thì bài tiểu luận tìm hiểu về đề tài : Điện điều khiển động cơ Yaris 2011 đã hồn thành .
Trước mắt bài tiểu luận này đã giúp cho bản thân em hồn thành tốt chương trình trước khi tốt nghiệp đồng thời gĩp phần củng cố kiến thức đã học, bên cạnh đĩ nĩ cịn cĩ thể gĩp phần tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dạy và học sau này.
Tiểu luận chỉ được thực hiện trong thời gian ngắn em chỉ chỉ tập trung nghiên cứu, giải quyết những vấn đề cơ bản xung quanh nội dung đề tài như: Mạch điện tổng hợp điều khiển động cơ, các cảm biến , các bộ chấp hành của hệ thống phun xăng và đánh lửa,…
II. Đề xuất:
Do thời gian hạn chế, trình độ cũng cĩ hạn nên em chỉ tập trung giải quyết những vấn đề chính của đề tài. Nếu thời gian thuận lợi em muốn giải quyết thêm một số vấn đề như: đi sâu vào hệ thống điều khiển thân xe và các hệ thống mới như: khởi động thơng minh, nạp thơng minh, GDI…
III Kiến nghị:
Em xin kính mong quí thầy cơ nên bố trí thêm 1 số mơn học về kinh tế để chúng em khi ra trường cĩ thêm kiến thức về lĩnh vực kinh doanh để bổ trợ cho cơng việc của chúng em được tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn.