Nghiên cứu mô phỏng hệ thống nhiên liệu động cơ xăng D-4S Toyota bằng AVL BOOST HYDSIM

Mô phỏng hệ thống nhiên liệu động cơ xăng Toyota D-4S bằng AVL Boost Hydsim. Nghiên cứu ứng dụng trong đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô.

• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Mô Phỏng Hệ Thống Nhiên Liệu D-4S Với AVL BOOST HYDSIM
• Loại tài liệu: Báo Cáo Nghiên Cứu Khoa Học

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH BIỂU ĐỒ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu
• 1.2. Các nghiên cứu khoa học về mô phỏng phần mềm AVL BOOST Hydsim trong nước và ngoài nước
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu đề tài
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu:
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu:
• 1.5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• 1.5.1. Cách tiếp cận
• 1.5.2. Phương phán nghiên cứu
• 1.5.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.6. Các nội dung chính trinh bày trong đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG D-4S
• 2.1. Giới thiệu chung về động cơ xăng Toyota D-4S
• 2.1.1. Giới thiệu về động cơ xăng Toyota D-4S
• 2.1.2. Giới thiệu chung về hệ thống nhiên liệu động cơ xăng Toyota D-4S
• 2.1.3. Cấu tạo tổng quan của hệ thống nhiên liệu Toyota D-4S:
• 2.1.4. Cấu tạo của hệ thống nhiên liệu Toyota D-4S
• 2.2. Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống nhiên liệu
• 2.3. Nguyên lí hoạt động chung của hệ thống:
• 2.4. Bơm cánh gạt PF 165 ( bơm áp thấp)
• 2.5. Nguyên lí làm việc của bơm cánh gạt (loại không cân bằng)
• 2.6. Thông số mô phỏng chi tiết
• 2.7. Nguyên lí hoạt động
• 2.8. Thông số mô phỏng chi tiết
• 2.9. Kim phun PI (phun trên đường ống nạp)
• 2.10. Cấu tạo của kim phun PI
• 2.11. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động chi tiết của kim phun PI trên đường ống nạp
• 2.12. Thông số kết cấu mô phỏng chi tiết
• 2.13. Kim phun trực tiếp đa điểm GDI (kim phun cao áp)
• 2.14. Cấu tạo của kim phun cao áp GDI
• 2.15. Nhiệm vụ và yêu cầu với kim phun cao áp:
• 2.16. Nguyên lí hoạt động của kim phun trực tiếp GDI trong AVL BOOST Hydsim
• 2.17. Thông số kết cấu mô phỏng trực tiếp
• 2.18. Đường ống dẫn nhiên liệu
• 2.19. Đường ống dẫn nhiên liệu áp suất thấp (LP)
• 2.20. Đường ống dẫn nhiên liệu áp suất cao (HP)
• 2.21. Hệ thống chứa và lọc nhiên liệu
• 2.22. Bộ lọc nhiên liệu
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHẦN MỀM
• 3.1. Giới thiệu tổng quan về phần mềm AVL BOOST Hydsim
• 3.2. Tạo mô hình không gian hai chiều:
• 3.3. Trình bày mô hình BOOST Hydsim
• 3.4. Nhập thông số ban đầu:
• 3.5. Bộ tiền xử lý (GUI)
• 3.6. Trợ giúp trực tuyến
• 3.7. Hệ thống đơn vị
• 3.8. Bắt đầu chương trình
• 3.9. Truy cập vào AVL BOOST Hydsim
• 3.10. Bắt đầu làm việc với BOOST Hydsim
• 3.11. Chạy chương trình
• 3.12. Hiển thị kết quả
• 3.13. Định dạng một biến thành biến toàn cục (global)
• 3.14. Tạo Case mới
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ D4-S VỚI AVL BOOST HYDSIM
• 4.1. Phân tích cơ sở lí thuyết của hai kim phun và hệ thống dẫn nhiên liệu của D-4S
• 4.2. Xây dựng mô hình kim phun PI trong AVL BOOST Hydsim
• 4.3. Xây dựng mô hình kim phun GDI trong AVL BOOST Hydsim
• 4.4. Tạo thông số mô phỏng cho mô hình hệ thống nhiên liệu D-4S
• 4.5. Nhập thông số mô phỏng cho bơm LP và kim phun áp thấp PI
• 4.6. Nhập thông số cho bơm cao áp HP và kim phun GDI
• 4.7. Phân tích kết quả mô phỏng:
• 4.8. Mô phỏng kim phun áp thấp PI
• 4.9. Phân tích kết quả của kim phun áp cao GDI
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ
• 5.1. Tương lai của hệ thống phun kép
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giải pháp Mô phỏng Hệ thống Nhiên liệu D 4S Hiệu quả ra sao

Ngành công nghiệp ô tô đối mặt thách thức lớn: giảm lượng nhiên liệu tiêu hao và khí thải động cơ, đồng thời tăng hiệu suất động cơ. Các nhà sản xuất liên tục nghiên cứu cải tiến động cơ, tối ưu kết cấu xe, hệ thống nhiên liệu và hệ thống xử lí khí thải. Mục tiêu hướng tới đáp ứng nghiêm ngặt các chuẩn khí thải toàn cầu. Ban đầu, động cơ xăng sử dụng bộ chế hòa khí, tạo hỗn hợp khí nạp không ổn định, dẫn đến giảm hiệu suất động cơ và tăng lượng khí thải động cơ (Hydrocarbon – HC). Hệ thống phun xăng đa điểm (PI - Port Injection) sau đó ra đời, cải thiện khả năng hòa trộn và hiệu suất động cơ. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn có giới hạn trong việc đạt được tỷ số nén cao và quá trình cháy triệt để. Mitsubishi tiên phong giới thiệu GDI (Gasoline Direct Injection) năm 1996, nâng cao tỷ số nén, tối ưu hỗn hợp không khí-nhiên liệu, từ đó tăng công suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải động cơ. Sự phát triển này đặt nền móng cho các hệ thống nhiên liệu tiên tiến hơn như D-4S, nơi việc giảm tác động môi trường và tối đa hóa hiệu quả vận hành là ưu tiên hàng đầu. Nhu cầu về một hệ thống nhiên liệu linh hoạt và hiệu quả hơn là động lực chính cho những nghiên cứu hệ thống nhiên liệu không ngừng nghỉ. Việc mô phỏng hệ thống nhiên liệu D-4S với AVL BOOST HYDSIM đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong giai đoạn phát triển này, giúp kiểm tra ảo hệ thống nhiên liệu trước khi chế tạo thực tế, tối ưu hóa quy trình và giảm thiểu chi phí. Mô phỏng cung cấp khả năng phân tích sâu rộng, cho phép các kỹ sư hiểu rõ hơn về động lực học chất lỏng và chuyển động của các hệ thống đa vật thể trong hệ thống nhiên liệu D-4S, từ đó đưa ra những cải tiến đáng kể trong thiết kế động cơ.

1.1. Cải tiến động cơ Nhu cầu cấp thiết cho xe hiện đại

Sự phát triển của động cơ đốt trong luôn gắn liền với yêu cầu về tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải động cơ. Các nhà sản xuất liên tục tìm kiếm giải pháp để nâng cao hiệu suất động cơ và đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải ngày càng nghiêm ngặt. Từ bộ chế hòa khí đến hệ thống phun xăng điện tử PI và GDI, mỗi bước tiến đều nhằm tối ưu hóa quá trình đốt cháy và kiểm soát lưu lượng nhiên liệu. Việc thiếu đi sự kiểm soát chính xác về hòa khí ở tải thấp hay thiếu nhiên liệu ở tải cao của các hệ thống cũ đã thúc đẩy sự ra đời của các công nghệ D-4S Toyota tiên tiến. D-4S, với khả năng kết hợp giữa phun xăng trực tiếp và phun gián tiếp, đại diện cho một bước nhảy vọt trong kỹ thuật ô tô, mang lại hiệu quả vượt trội. Mục tiêu cuối cùng là không chỉ tăng cường hiệu suất mà còn đảm bảo sự bền vững của phương tiện giao thông, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường toàn cầu.

1.2. Mô phỏng động cơ Giải pháp tiết kiệm chi phí và thời gian hiệu quả

Việc mô phỏng động cơ đóng vai trò trọng yếu trong phát triển hệ thống phun nhiên liệu hiện đại. Thay vì chế tạo và thử nghiệm động cơ thực tế nhiều lần, phương pháp mô hình hóa hệ thống nhiên liệu bằng phần mềm giúp tiết kiệm đáng kể chi phí, rút ngắn thời gian nghiên cứu và trực quan hóa các quy trình phức tạp. AVL BOOST HYDSIM nổi bật là một trong những phần mềm mô phỏng hàng đầu, cho phép kiểm tra ảo hệ thống nhiên liệu dưới nhiều điều kiện vận hành khác nhau. Nền tảng này hoạt động dựa trên lý thuyết động lực học chất lỏng và chuyển động của các hệ thống đa vật thể, cung cấp cái nhìn chi tiết về cách nhiên liệu di chuyển và được phun. Khả năng mô phỏng nhiên liệu này không chỉ áp dụng cho hệ thống phun nhiên liệu GDI ban đầu mà còn được mở rộng cho nhiều loại nhiên liệu và cơ cấu điều khiển khác, từ đó tối ưu hóa thiết kế động cơ một cách hiệu quả.

1.3. D 4S và mục tiêu tối ưu hóa Giảm khí thải tăng hiệu suất

Hệ thống nhiên liệu D-4S của Toyota ra đời nhằm giải quyết đồng thời hai thách thức lớn: giảm khí thải động cơ và tăng hiệu suất nhiên liệu. Công nghệ này kết hợp phun xăng đa điểm (Multi-port Injection - MPI) và phun xăng trực tiếp (Gasoline Direct Injection - GDI), sử dụng hai kim phun cho mỗi xi-lanh. Một kim phun đưa nhiên liệu vào xi-lanh trực tiếp, kim còn lại đưa vào đường nạp. Sự kết hợp này cho phép động cơ linh hoạt chuyển đổi giữa các chế độ phun tùy thuộc vào điều kiện vận hành, tối ưu hóa quá trình đốt cháy. Mục tiêu là đạt được tỷ số nén cao, hỗn hợp không khí và nhiên liệu tốt, giúp công suất động cơ tăng lên, tiết kiệm nhiên liệu, và giảm thiểu tối đa khí thải động cơ. D-4S cũng giúp giảm nhiệt độ khí nạp và tăng cường hiệu suất thể tích của động cơ, đặt ra tiêu chuẩn mới cho công nghệ D-4S Toyota trong việc bảo vệ môi trường và nâng cao trải nghiệm lái.

II. Hệ thống nhiên liệu D 4S Toyota Giải pháp tối ưu tiêu hao

Động cơ xăng đóng vai trò to lớn trong nền kinh tế toàn cầu, là nguồn động lực chính cho các phương tiện vận tải. Qua nhiều thời kỳ, động cơ xăng đã phát triển từ bộ chế hòa khí đến kim phun gián tiếp và kim phun trực tiếp, tất cả đều nhằm mục đích tiết kiệm nhiên liệu, nâng cao hiệu suất động cơ và giảm khí thải động cơ. Động cơ Toyota D-4S là kết quả của quá trình phát triển này, được giới thiệu trên dòng xe Lexus vào năm 2005. Công nghệ D-4S kết hợp hài hòa giữa kim phun PI (Port Injection) và kim phun GDI (Direct Injection), mang lại một hệ thống nhiên liệu hoàn hảo. Sự kết hợp này giúp bù đắp những khuyết điểm của từng loại kim phun riêng biệt, mang lại cảm giác lái êm dịu, không kích nổ khi tăng tốc và đặc biệt là cải thiện đáng kể hiệu suất nhiên liệu và giảm khí thải động cơ. Theo số liệu, hệ thống nhiên liệu D-4S có thể nâng cao hiệu suất động cơ lên đến 41% và hoạt động êm dịu hơn nhờ cơ chế phun trực tiếp. Việc mô hình hóa hệ thống nhiên liệu này bằng phần mềm AVL BOOST HYDSIM cung cấp một công cụ mạnh mẽ để phân tích hiệu suất động cơ dưới nhiều điều kiện khác nhau, từ đó tiếp tục tối ưu hóa động cơ và chiến lược phun. Điều này giúp các nhà thiết kế động cơ đạt được các mục tiêu về tiêu thụ nhiên liệu và khí thải một cách hiệu quả hơn, đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành kỹ thuật ô tô.

2.1. Phun xăng kép D 4S Nguyên lý hoạt động cơ bản

Hệ thống phun xăng kép D-4S hoạt động dựa trên sự kết hợp thông minh của hai loại kim phun: kim phun PI (Port Injection) trên đường ống nạp và kim phun trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection) vào buồng đốt. Nguyên lý chung là nhiên liệu được hút qua bộ lọc, đến bơm nhiên liệu áp suất thấp (LP), sau đó chia thành hai đường. Một đường dẫn đến đường ống phân phối nhiên liệu áp suất thấp cho các kim phun PI. Đường còn lại dẫn đến bơm cao áp HP rồi đến đường phân phối nhiên liệu áp suất cao cho kim phun GDI. ECU D-4S tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến áp suất và bàn đạp ga, sau đó điều khiển cả hai bơm và thời điểm, lưu lượng nhiên liệu phun của từng loại kim phun tùy theo chế độ hoạt động của động cơ. Áp suất và lượng nhiên liệu phun ra được điều khiển độc lập, đảm bảo cung cấp momen xoắn và hiệu suất nhiên liệu tối ưu cho từng điều kiện vận hành. Công nghệ này khắc phục nhược điểm của các hệ thống phun đơn điểm, mang lại khả năng kiểm soát phun nhiên liệu vượt trội.

2.2. Cấu tạo D 4S Các thành phần chính và chức năng

Hệ thống nhiên liệu D-4S được cấu tạo bởi hai phần chính: hệ thống cung cấp nhiên liệu và hệ thống điều khiển điện tử. Hệ thống cung cấp nhiên liệu bao gồm bình chứa nhiên liệu, bộ lọc, bơm áp thấp LP, bơm cao áp HP, ống dẫn nhiên liệu, kim phun trực tiếp cao áp (GDI) và kim phun thấp áp trên đường ống nạp (PI). Hệ thống điều khiển điện tử gồm các cảm biến (áp suất đường ống nạp, áp suất trong kim phun trực tiếp), ECU (Engine Control Module) và các bộ chấp hành. Các cảm biến gửi tín hiệu về ECU, ECU sẽ tính toán và điều khiển bơm nhiên liệu D-4S, kim phun để đảm bảo lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ. Việc thiết kế kim phun đặc biệt này cho phép phun nhiên liệu đúng thời điểm, với áp suất phun nhiên liệu và tia phun phù hợp, đảm bảo sự hòa trộn nhanh chóng và đều đặn của hòa khí, tối ưu hóa quá trình đốt cháy. Các thành phần này làm việc đồng bộ để đạt được hiệu suất động cơ tối đa và giảm thiểu khí thải động cơ.

2.3. Lợi ích công nghệ D 4S Toyota Giảm tiêu thụ tăng công suất thực

Công nghệ D-4S Toyota mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với các hệ thống nhiên liệu truyền thống. Thứ nhất, giảm phát thải ô nhiễm môi trường nhờ khả năng kiểm soát chính xác lượng nhiên liệu phun và quá trình đốt cháy hiệu quả. Thứ hai, giảm tiêu hao nhiên liệu đáng kể thông qua việc chuyển đổi linh hoạt giữa phun trực tiếp và phun cổng, phù hợp với từng tải trọng và tốc độ động cơ. Thứ ba, nâng cao hiệu suất động cơ lên đến 41%, cung cấp công suất và momen xoắn tối ưu. Cuối cùng, động cơ hoạt động êm dịu hơn nhờ cơ chế phun trực tiếp, giảm hiện tượng kích nổ. Sự kết hợp giữa phun trực tiếp và phun cổng gián tiếp cho phép D-4S tối ưu hóa điều khiển phun nhiên liệu trong mọi điều kiện vận hành, từ tải thấp đến tải cao. Điều này không chỉ cải thiện trải nghiệm lái mà còn đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải khắc nghiệt nhất, khẳng định vị thế dẫn đầu của công nghệ D-4S Toyota trong kỹ thuật ô tô hiện đại.

III. Phần mềm AVL BOOST HYDSIM Cách ứng dụng mô hình hóa chính xác

AVL BOOST HYDSIM là một phần mềm mô phỏng chuyên sâu, được thiết kế để phân tích động các hệ thống thủy lực và cơ khí thủy lực. Nền tảng của nó dựa trên lý thuyết về động lực học chất lỏng và chuyển động của các hệ thống đa vật thể. Ban đầu, BOOST Hydsim được tạo ra để mô phỏng hệ thống phun nhiên liệu của động cơ GDI. Hiện tại, nó đã được phát triển để phù hợp cho việc mô hình hóa xăng, dầu nặng, các loại nhiên liệu thay thế và một số cơ cấu điều khiển khác. Chương trình này rất hữu ích trong nhiều lĩnh vực liên quan đến các hệ thống thủy lực, cơ khí và điều khiển. Ví dụ, việc sử dụng giao diện MATLAB cho phép BOOST Hydsim mô phỏng động lực học của các thiết bị điều khiển cơ khí, chẳng hạn như đầu vào động cơ và điều khiển nâng van xả. BOOST Hydsim là một công cụ tích hợp trong không gian làm việc AVL, với bộ tiền xử lý (GUI) và xử lý đồ họa thân thiện với người dùng. Nó cung cấp biểu diễn hai chiều (2D) của mô hình BOOST Hydsim, cho phép người dùng hình dung rõ ràng hệ thống nhiên liệu đang được mô phỏng. Khả năng tạo ra các mô hình phức tạp một cách trực quan, nhập thông số ban đầu một cách linh hoạt, và phân tích kết quả một cách chi tiết đã biến AVL BOOST HYDSIM thành một công cụ không thể thiếu trong nghiên cứu hệ thống nhiên liệu và tối ưu hóa động cơ. Đặc biệt, khả năng kiểm tra ảo hệ thống nhiên liệu giúp các nhà thiết kế động cơ đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu chính xác trước khi tiến hành thử nghiệm thực tế.

3.1. Giới thiệu module AVL HYDSIM Nền tảng mô phỏng thủy lực

Module AVL HYDSIM trong phần mềm AVL BOOST là công cụ chủ chốt để mô phỏng nhiên liệu và các hệ thống thủy lực phức tạp. Nó hoạt động dựa trên các nguyên lý của động lực học chất lỏng và cơ học của các hệ thống đa vật thể. Phạm vi ứng dụng ban đầu tập trung vào hệ thống phun nhiên liệu GDI, nhưng giờ đây đã mở rộng đáng kể để hỗ trợ mô hình hóa các loại xăng, dầu nặng và nhiên liệu thay thế. Các ứng dụng mới bao gồm truyền thủy lực, van điện từ (solenoid) và bộ truyền động, cho thấy sự linh hoạt của HYDSIM. Người dùng có thể tạo mô hình 1D động cơ một cách chi tiết, kết nối các biểu tượng thành phần vật lý bằng các liên kết cơ học, thủy lực hoặc logic. BOOST HYDSIM đảm bảo rằng các kết nối này hợp lệ và các thông số đầu vào được chấp nhận, cung cấp một môi trường đáng tin cậy cho việc nghiên cứu hệ thống nhiên liệu và phát triển hệ thống phun nhiên liệu thế hệ mới.

3.2. Giao diện AVL BOOST Hydsim Thao tác thiết lập mô hình 2D

Giao diện AVL BOOST Hydsim được thiết kế thân thiện, giúp người dùng dễ dàng tạo mô hình không gian hai chiều (2D) của hệ thống nhiên liệu. Mỗi thành phần vật lý của hệ thống, ví dụ như bơm nhiên liệu D-4S hay thiết kế kim phun, được biểu thị bằng một biểu tượng trên màn hình GUI. Các biểu tượng này được kết nối bằng các đường màu đỏ (cơ khí) hoặc xanh lam (thủy lực), cho phép người dùng trực quan hóa cấu trúc hệ thống. Bộ tiền xử lý (GUI) của AVL BOOST Hydsim không chỉ cho phép xây dựng mô hình mà còn hỗ trợ xác định các thuộc tính, thông số kỹ thuật và tạo dữ liệu biên tác động từ bên ngoài. Người dùng có thể truy cập các hộp thoại đầu vào bằng cách nhấp đúp vào biểu tượng hoặc thông qua menu 'Properties', nơi các điều kiện ban đầu, thông số đầu vào và đầu ra được định nghĩa. Điều này giúp quá trình mô hình hóa hệ thống nhiên liệu trở nên chính xác và hiệu quả.

3.3. Nhập thông số mô phỏng Chuẩn bị dữ liệu cho phân tích hiệu suất động cơ

Việc nhập thông số mô phỏng chính xác là yếu tố then chốt để đạt được kết quả phân tích hiệu suất động cơ đáng tin cậy trong AVL BOOST HYDSIM. Dữ liệu đầu vào bao gồm các thông số về chất lỏng (nhiên liệu), kết nối cơ học, và các điều kiện vận hành của động cơ đốt trong. Các thông số quan trọng cần cung cấp như áp suất phun nhiên liệu, lưu lượng nhiên liệu, đặc tính của kim phun PI và kim phun GDI, cùng với thông số của bơm nhiên liệu D-4S. AVL BOOST Hydsim cho phép định nghĩa các tham số tùy chọn và kiểm soát tính toán, bao gồm cả việc tạo ra các trường hợp (case) mô phỏng khác nhau để khám phá nhiều kịch bản. Quá trình này được hỗ trợ bởi các tính năng như 'Case Explorer', 'Fluid Properties' và 'Solid Properties'. Khả năng xác định chi tiết các thông số cho phép mô hình hóa hệ thống nhiên liệu của D-4S một cách toàn diện, từ đó dự đoán và tối ưu hóa hiệu suất động cơ một cách hiệu quả.

IV. Hướng dẫn Mô phỏng Kim phun D 4S với AVL BOOST HYDSIM chi tiết

Việc mô phỏng kim phun D-4S trong AVL BOOST HYDSIM đòi hỏi hiểu biết sâu sắc về cả hệ thống nhiên liệu D-4S và khả năng của phần mềm mô phỏng. Quy trình bắt đầu bằng việc phân tích cơ sở lý thuyết của từng loại kim phun: kim phun PI (Port Injection) và kim phun GDI (Gasoline Direct Injection), cùng với hệ thống dẫn nhiên liệu đi kèm. Sau đó, tiến hành xây dựng mô hình kim phun PI và mô hình kim phun GDI trong môi trường BOOST Hydsim. Các bước này bao gồm việc chọn các element phù hợp từ thư viện của phần mềm để đại diện cho các thành phần vật lý như van, lò xo, buồng phun và đường ống. Đối với kim phun PI, cần định nghĩa chính xác cấu tạo, các liên kết, nguyên lý hoạt động và các thông số cơ học, điện tử. Tương tự, kim phun GDI yêu cầu thiết lập các thông số về áp suất tiêu chuẩn, tốc độ phun tối đa và cấu tạo vòi phun. Sau khi các mô hình kim phun được xây dựng, cần tạo và nhập các thông số mô phỏng chi tiết cho toàn bộ hệ thống nhiên liệu D-4S, bao gồm cả bơm áp thấp LP và bơm cao áp HP. Việc này cho phép mô phỏng động cơ trong các điều kiện vận hành khác nhau và phân tích kết quả mô phỏng một cách toàn diện, đánh giá hiệu suất phun nhiên liệu, lưu lượng nhiên liệu và tác động của nó đến hiệu suất động cơ và khí thải động cơ. Mục tiêu là tạo ra tiền đề vững chắc cho việc thiết kế kim phun mới hoặc tối ưu hóa các kim phun hiện có.

4.1. Xây dựng mô hình kim phun PI Các bước trong AVL BOOST Hydsim

Để xây dựng mô hình kim phun PI trong AVL BOOST Hydsim, cần bắt đầu bằng việc lựa chọn các element phù hợp để đại diện cho cấu tạo vật lý của kim phun, bao gồm vỏ kim phun, cuộn dây điện từ, van kim phun và tấm lỗ phun. Người dùng sẽ định nghĩa các thông số cơ học như trọng lượng, chiều dài, nhiệt độ hoạt động và thông số điện như nguồn cấp và dòng duy trì. Ví dụ, kim phun PI có áp suất hệ thống khoảng 5 bar và tốc độ dòng chảy ở 3 bar từ 151-1.462 cm³/phút. Nguyên lý hoạt động của kim phun PI, nơi cuộn dây điện từ được cấp điện để nâng van kim phun, cho phép nhiên liệu phun vào đường ống nạp, cần được mô hình hóa chính xác. Việc thiết lập thông số mô phỏng chi tiết cho từng phần tử sẽ quyết định độ chính xác của kết quả mô phỏng động cơ. Quá trình này đòi hỏi sự hiểu biết về cả nguyên lý hoạt động của kim phun PI và cách biểu diễn nó trong môi trường phần mềm AVL BOOST.

4.2. Mô hình hóa kim phun GDI Áp dụng cho phun xăng trực tiếp D 4S

Mô hình hóa kim phun GDI trong AVL BOOST HYDSIM là bước quan trọng để mô phỏng hệ thống nhiên liệu D-4S. Kim phun GDI có cấu tạo phức tạp hơn, bao gồm đầu nạp nhiên liệu có bộ lọc, giắc cấp điện, vỏ kim phun và đặc biệt là vòi phun nhiên liệu với cuộn dây điện từ. Các thông số cơ học như khối lượng kim phun (68g), đường kính thân kim (20,7 mm), số lượng lỗ phun (8 lỗ) và góc phun (110°) cần được nhập chính xác. Thông số điện tử của cuộn dây điện từ, như dòng cấp tăng áp (65V), thời gian tăng áp (480 µs) và thời gian nhấc kim (704 µs), cũng rất quan trọng. Kim phun GDI hoạt động ở áp suất phun nhiên liệu cao, từ 3.5 đến 20 MPa, và có khả năng phun theo nhiều cách (chế độ nạp đồng nhất hoặc phân tầng). Mô hình hóa chính xác các đặc tính này cho phép phân tích hiệu suất động cơ D-4S một cách toàn diện, đặc biệt là trong các kịch bản phun xăng trực tiếp D-4S, nơi độ chính xác của điều khiển phun nhiên liệu là tối quan trọng.

4.3. Thiết lập thông số mô phỏng Chuẩn bị cho mô hình 1D động cơ

Thiết lập thông số mô phỏng là bước cuối cùng và quan trọng trước khi chạy mô phỏng. Việc này bao gồm nhập dữ liệu cho bơm áp thấp LP và kim phun áp thấp PI, sau đó là cho bơm cao áp HP và kim phun GDI. Các thông số như đặc tính của cam dẫn động piston trong bơm cao áp, số liệu mô phỏng cho piston (plunger), và các thông số liên quan đến lỗ phun của cả hai loại kim phun cần được định nghĩa chi tiết. AVL BOOST HYDSIM cho phép người dùng xác định các thông số từ các nguồn dữ liệu giả định hoặc thực tế để nghiên cứu. Bằng cách điều chỉnh các biến như áp suất phun nhiên liệu, thời gian phun, và lưu lượng nhiên liệu, người dùng có thể dự đoán hành vi của hệ thống nhiên liệu D-4S. Kết quả sẽ được biểu diễn qua các biểu đồ về lưu lượng phun theo tốc độ quay của động cơ, khối lượng nhiên liệu trên mỗi lần phun và áp suất trong các buồng kim phun, đóng góp vào việc tạo ra một mô hình 1D động cơ toàn diện cho phân tích hiệu suất động cơ.

V. Phân tích Hiệu suất D 4S Kết quả mô phỏng động cơ từ BOOST HYDSIM

Sau khi hoàn thành quá trình mô hình hóa hệ thống nhiên liệu D-4S và thiết lập thông số mô phỏng trong AVL BOOST HYDSIM, bước tiếp theo là chạy mô phỏng và phân tích kết quả mô phỏng. Phần mềm AVL BOOST cung cấp khả năng hiển thị kết quả dưới dạng đồ thị 2D, cho phép đánh giá lưu lượng phun, áp suất phun nhiên liệu, chuyển động của kim và piston, tốc độ phun, và các thông số khác liên quan đến hiệu suất phun nhiên liệu. Ví dụ, có thể xem xét biểu đồ nhấc kim theo góc quay trục khuỷu, áp suất các buồng trong kim phun, hoặc lưu lượng kim phun theo tốc độ quay của động cơ. Việc phân tích hiệu suất động cơ từ dữ liệu mô phỏng giúp xác định các điểm mạnh và điểm yếu của hệ thống nhiên liệu D-4S. Nó cho phép các kỹ sư tối ưu hóa chiến lược phun nhiên liệu, chẳng hạn như điều chỉnh thời điểm và lượng nhiên liệu phun để đạt được sự cân bằng giữa tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí thải động cơ. Khả năng kiểm tra ảo hệ thống nhiên liệu này không chỉ giảm thiểu nhu cầu thử nghiệm vật lý tốn kém mà còn tăng tốc quá trình phát triển hệ thống phun nhiên liệu mới. Kết quả từ mô phỏng động cơ bằng AVL BOOST HYDSIM cung cấp thông tin giá trị cho việc thiết kế động cơ và các quyết định kỹ thuật liên quan đến công nghệ D-4S Toyota, đóng góp vào việc nâng cao tổng thể hiệu suất nhiên liệu và tính bền vững.

5.1. Đánh giá kết quả mô phỏng kim phun Lưu lượng và áp suất

Việc đánh giá kết quả mô phỏng kim phun là trung tâm của quá trình phân tích hiệu suất D-4S. AVL BOOST HYDSIM cung cấp dữ liệu chi tiết về lưu lượng nhiên liệu phun ra và áp suất phun nhiên liệu tại các điểm khác nhau trong hệ thống nhiên liệu D-4S. Các biểu đồ thể hiện khối lượng nhiên liệu phun theo tốc độ quay của động cơ, áp suất nhiên liệu ở đầu kim phun trong các tốc độ khác nhau, và biểu đồ nhấc kim theo góc quay trục khuỷu cho phép kỹ sư quan sát hành vi động của thiết kế kim phun. Phân tích này giúp xác định xem kim phun PI và kim phun GDI có cung cấp đủ nhiên liệu với áp suất mong muốn hay không, và liệu thời điểm phun có tối ưu cho quá trình đốt cháy hiệu quả. Những thông tin này cực kỳ quan trọng để tinh chỉnh các thông số vận hành và tối ưu hóa động cơ, đảm bảo tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí thải động cơ theo các yêu cầu kỹ thuật.

5.2. Tối ưu hóa chiến lược phun nhiên liệu Cải thiện hiệu suất động cơ

Dựa trên kết quả mô phỏng từ AVL BOOST HYDSIM, các nhà kỹ thuật có thể tiến hành tối ưu hóa chiến lược phun nhiên liệu của hệ thống D-4S. Việc này bao gồm điều chỉnh thời điểm phun nhiên liệu, áp suất phun nhiên liệu, và tỷ lệ kết hợp giữa phun xăng trực tiếp D-4S và phun cổng gián tiếp. Mục tiêu là đạt được sự hòa trộn tối ưu giữa không khí và nhiên liệu trong buồng đốt, từ đó cải thiện hiệu suất đốt cháy, tăng công suất và giảm khí thải động cơ. Chẳng hạn, ở tải thấp, có thể ưu tiên phun cổng để giảm khí thải động cơ và cải thiện sự phân bố nhiên liệu. Ở tải cao, phun xăng trực tiếp GDI với áp suất phun nhiên liệu cao sẽ được ưu tiên để tăng công suất. Khả năng phân tích hiệu suất động cơ một cách chi tiết thông qua mô phỏng cho phép thử nghiệm và tinh chỉnh các kịch bản phun khác nhau mà không cần tốn kém chi phí thử nghiệm thực tế.

5.3. Kiểm tra ảo hệ thống nhiên liệu Giảm khí thải tiết kiệm chi phí phát triển

Kiểm tra ảo hệ thống nhiên liệu thông qua mô phỏng với AVL BOOST HYDSIM mang lại lợi ích kép: giảm khí thải động cơ và tiết kiệm chi phí đáng kể trong quá trình phát triển hệ thống phun nhiên liệu. Bằng cách mô phỏng các điều kiện vận hành khác nhau, các kỹ sư có thể dự đoán và khắc phục các vấn đề tiềm ẩn liên quan đến hiệu suất nhiên liệu và khí thải động cơ trước khi chế tạo nguyên mẫu vật lý. Ví dụ, mô phỏng động cơ có thể giúp đánh giá tác động của việc thay đổi thiết kế kim phun hoặc áp suất phun nhiên liệu lên lượng nhiên liệu tiêu hao và thành phần khí thải. Khả năng này đặc biệt quan trọng khi nghiên cứu hệ thống nhiên liệu phức tạp như D-4S, nơi sự tương tác giữa nhiều thành phần và chế độ phun cần được kiểm soát chặt chẽ. Việc này giúp đẩy nhanh chu trình phát triển sản phẩm, đảm bảo rằng các động cơ đốt trong mới đáp ứng các tiêu chuẩn ngày càng cao về môi trường và hiệu quả kinh tế.

VI. Tương lai Hệ thống Nhiên liệu Mô phỏng cho D 4S bền vững

Tương lai của hệ thống nhiên liệu và mô phỏng động cơ hứa hẹn những tiến bộ vượt bậc, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu về hiệu suất nhiên liệu cao hơn và khí thải động cơ thấp hơn ngày càng tăng. Hệ thống nhiên liệu D-4S của Toyota đã chứng minh khả năng vượt trội trong việc tối ưu hóa quá trình đốt cháy, nhưng vẫn còn nhiều tiềm năng để cải tiến. Các nghiên cứu hệ thống nhiên liệu sẽ tiếp tục tập trung vào việc tinh chỉnh các chiến lược điều khiển phun nhiên liệu, phát triển thiết kế kim phun thông minh hơn và tích hợp các loại nhiên liệu thay thế. Vai trò của phần mềm AVL BOOST HYDSIM sẽ ngày càng trở nên quan trọng. Công cụ này cho phép các nhà thiết kế động cơ khám phá các kịch bản phức tạp, thử nghiệm các ý tưởng mới và tối ưu hóa động cơ một cách hiệu quả nhất. Sự tích hợp của các công cụ CAE động cơ khác như AVL CRUISE M và AVL FIRE sẽ tạo ra một môi trường mô phỏng động cơ toàn diện hơn, từ mô hình 1D đến 3D, giúp hiểu rõ hơn về các hiện tượng vật lý trong buồng đốt và hệ thống nhiên liệu. Mục tiêu cuối cùng là không ngừng nâng cao hiệu suất động cơ, giảm thiểu khí thải động cơ và đóng góp vào sự phát triển của kỹ thuật ô tô bền vững. Việc liên tục mô hình hóa hệ thống nhiên liệu và phân tích hiệu suất động cơ sẽ là chìa khóa để đạt được các mục tiêu này, đảm bảo rằng các phương tiện trong tương lai không chỉ mạnh mẽ mà còn thân thiện với môi trường.

6.1. Xu hướng phát triển hệ thống phun nhiên liệu Cải tiến D 4S

Xu hướng phát triển hệ thống phun nhiên liệu trong tương lai sẽ tiếp tục hướng tới việc tích hợp các công nghệ thông minh hơn. Đối với D-4S, các cải tiến có thể bao gồm khả năng điều khiển linh hoạt hơn nữa giữa phun trực tiếp và phun cổng, tối ưu hóa các thông số như áp suất phun nhiên liệu và thời điểm phun dựa trên dữ liệu thời gian thực. Việc phát triển các loại thiết kế kim phun mới với khả năng phun nhiều tia, điều khiển hình dạng tia phun để phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ sẽ là trọng tâm. Mục tiêu là đạt được sự hòa trộn hoàn hảo, giảm tối đa khí thải động cơ và nâng cao hiệu suất nhiên liệu trong mọi điều kiện vận hành. Các nghiên cứu hệ thống nhiên liệu cũng sẽ tập trung vào khả năng tương thích với các loại nhiên liệu thay thế, mở rộng phạm vi ứng dụng của công nghệ D-4S Toyota.

6.2. Vai trò của CAE động cơ Đóng góp vào thiết kế động cơ mới

Các công cụ CAE động cơ (Computer-Aided Engineering) đóng vai trò trung tâm trong quá trình thiết kế động cơ hiện đại. AVL BOOST HYDSIM là một phần của hệ sinh thái CAE rộng lớn hơn, kết hợp với các phần mềm mô phỏng khác như AVL CRUISE M (cho mô phỏng động cơ toàn bộ xe) và AVL FIRE (cho mô phỏng động cơ dòng chảy 3D trong buồng đốt). Sự tích hợp này cho phép các kỹ sư thực hiện mô hình hóa hệ thống nhiên liệu từ cấp độ chi tiết của kim phun đến mô phỏng động cơ toàn bộ hệ thống truyền động. CAE động cơ giúp dự đoán hiệu suất nhiên liệu, khí thải động cơ, độ bền và các đặc tính khác của thiết kế động cơ mới một cách chính xác. Bằng cách thực hiện kiểm tra ảo hệ thống nhiên liệu, các nhà phát triển có thể thử nghiệm hàng ngàn biến thể thiết kế trong thời gian ngắn, giảm đáng kể chi phí và thời gian phát triển, đồng thời đảm bảo chất lượng và hiệu suất động cơ tối ưu cho các sản phẩm cuối cùng.

6.3. Kết luận về mô phỏng D 4S Tối ưu hóa động cơ và bảo vệ môi trường

Việc mô phỏng hệ thống nhiên liệu D-4S với AVL BOOST HYDSIM không chỉ là một nghiên cứu học thuật mà còn là một công cụ thiết yếu trong phát triển hệ thống phun nhiên liệu hiện đại. Qua bài viết, rõ ràng AVL BOOST HYDSIM cung cấp khả năng mạnh mẽ để mô hình hóa hệ thống nhiên liệu phức tạp của D-4S, từ kim phun PI đến kim phun GDI, và phân tích hiệu suất động cơ một cách chi tiết. Quá trình này giúp tối ưu hóa chiến lược phun nhiên liệu, cải thiện hiệu suất nhiên liệu, giảm khí thải động cơ và tiết kiệm chi phí đáng kể. Các nghiên cứu hệ thống nhiên liệu tiếp theo sẽ tiếp tục khai thác tiềm năng của mô phỏng động cơ để khám phá các cải tiến cho công nghệ D-4S Toyota và các hệ thống nhiên liệu khác. Mục tiêu cuối cùng vẫn là tạo ra các động cơ đốt trong mạnh mẽ hơn, hiệu quả hơn và thân thiện hơn với môi trường, đóng góp vào sự bền vững của ngành kỹ thuật ô tô toàn cầu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan Chương 2: Hệ thống điều khiển nhiên liệu động cơ xăng Toyota D-4S. Chương 3: Cơ sở lí thuyết của phần mềm mô phỏng AVL BOOST Hydsim. Chương 4: Xây dựng mô hình hóa kim phun cho động cơ xăng Toyota D-4S bằng ứng dụng AVL BOOST Hydsim. Chương 5: Kết luận và nhận xét.

4 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG D-4S 2.1 Giới thiệu chung về động cơ xăng Toyota D-4S 2. Giới thiệu về động cơ xăng Toyota D-4S Kể từ khi động cơ xăng ra đời và phát triển thì nó đã đóng một vai trò to lớn trong nền kinh tế, cũng với động cơ Diesel. Nó là nguồn động lực chính cho các phương tiện vận tải như ô tô, máy kéo, xe máy. Tính phổ biến của nó không chỉ ở một quốc gia hay một châu lục mà trên phạm vi toàn thế giới.

Về kết cấu động cơ xăng thường cỡ nhỏ và vừa được sử dụng trên các dòng xe ô tô và xe máy là chính (các phương tiện giao thông nhỏ thông dụng), số lượng chi tiết nhiều và hơi phức tạp do có sử dụng bugi đánh lửa. Qua các thời kì, động cơ xăng đã phát triển từ động cơ sử dụng bộ chế hòa khí, kim phun gián tiếp, kim phun trực tiếp trong xi lanh nhằm tiết kiện nhiên liệu, nâng cao hiệu suất động cơ và giảm thiểu khí phát thải ra môi trường. Do đó, động cơ sử dụng kết hợp hai kim phun cả trực tiếp trên xi lanh và kim phun trên đường ống nạp là tất yếu. Và động cơ Toyota D-4S đã được Toyota phát triển và áp dụng trên dòng xe Lexus năm 2005, với sự kết hợp của kim phun PI (Port injection) và kim phun đa điểm trực tiếp phun vào xi lanh GDI (Direct injection).

Với sự kết hợp hoàn hảo trong quá trình vận hành của hai kim phun tương ứng với tốc độ động cơ khác nhau, mang lại cảm giác lái chân thực, êm dịu khi tăng tốc (không kích nổ), hai kim phun đã bù trừ khuyết điểm cho nhau, mang lại một động cơ hoàn hảo đến từ Toyota. Công nghệ này đang ngày càng cải tiến và áp dụng trên các dòng xe lai của Toyota, và ứng dụng phổ biến trên các dòng xe sang từ Lexus, camry.hay các dòng bán tải Highlander hay các dòng xe lai Toyota Yaris Hybrid. Với yêu cầu ngày càng khắt khe về vấn đề chống ô nhiễm môi trường và sự cạnh tranh gây gắt giữa các nguồn động lực nên ta phải tìm cách hoàn thiện hơn nữa cho động cơ xăng, cụ thể là: Nâng cao hiệu suất, tăng tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường. Để làm được điều này thì việc nghiên cứu cải tạo hệ thống chung cấp nhiên liệu cho động cơ là cốt lõi.

Với ưu điểm của hệ thống nhiên liệu Toyota D-4S: 5 − Giảm phát thải ô nhiễm môi trường. − Giảm tiêu hao nhiên liệu. − Nâng cao hiệu suất động cơ lên đến 41%. − Động cơ làm việc êm dịu hơn với cơ chế phun trực tiếp.

Giới thiệu chung về hệ thống nhiên liệu động cơ xăng Toyota D-4S Bảng1. Bảng số liệu về động cơ Toyota D-4S Tên thông số Kí hiệu Thứ nguyên Giá trị Kiểu máy A25A-FKS Hộp số tự động 8 cấp, hình L , 6 xi lanh, 4 kỳ Công suất tối đa Ne [ kW ] 151 kW ở 6600 vg/ph Momem xoắn lớn nhất T [ v/ph ] 249 Nm ở 4800 vg/ph Tỉ số nén [-] 13/1 – 14/1 Đường kính xi lanh [mm] 87.5 Hành trình piston [mm] 103.4 Phương thức bôi trơn Kiểu hỗn hợp: Cướng bức và tung té Áp suất phun xăng [MPa] 3.5 – 20 Trọng lượng máy Kg 135 Góc mở sớm xupap nạp Độ 50 trước TDC Góc đóng muộn xupap nạp Độ 30o sau TDC Góc mở sớm xupap thải Độ 60o trước BDC Góc đóng muộn xupap thải Độ 55o sau BDC Góc phun sớm Độ 281o trước BDC 10o -14o trước điểm chết trên 5o BTDC khi động cơ Góc đánh lửa Độ đang khởi động 6 2. Cấu tạo tổng quan của hệ thống nhiên liệu Toyota D-4S: 2. Cấu tạo của hệ thống nhiên liệu Toyota D-4S Hình 2.

Cấu tạo chung của hệ thống nhiên liệu động cơ Toyota D-4S 7 Hệ thống nhiên liệu Toyota D-4S cấu tạo gồm hai phần: − Hệ thống cung cấp nhiên liệu: Bình chứa nhiên liệu, bộ lọc, bơm áp thấp LP, bơm cao áp HP, ống dẫn nhiên liệu, kim phun trực tiếp cao áp, kim phun thấp áp trên đường ống nạp. − Hệ thống điều khiển điện tử: các cảm biến áp suất đường ống nạp ( kim phun trực tiếp và kim phun đường ống nạp), ECU và các bộ chấp hành. Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống nhiên liệu 2. Nhiệm vụ Chứa nhiên liệu dự trữ, đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong một khoảng thời gian nhất định.

Lọc sạch nước và tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu giúp nhiên liệu chuyển động thông thoáng trong hệ thống. Cung cấp nhiên liệu cho động cơ phải đảm bảo tốt các yêu cầu sau: − Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ. − Phun nhiên liệu vào xi lanh động cơ đúng thời điểm, đúng quy luật đã định. − Phun với áp suất phù hợp với từng điều kiện làm việc (tốc độ động cơ và tải) khác nhau.

− Tia phun phải đảm bảo đều, số lượng, kích thước, phương hướng phải phù hợp với tình trạng buồng cháy và với cường độ và phương hướng chuyển động của môi chất trong buồng cháy để hòa khi được hình thành nhanh và đều.2 Yêu cầu − Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao. − Giảm tiếng ồn, ô nhiễm và tăng độ êm dịu, hiệu suất hoạt động. − Dễ dàng thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa. − Dễ chế tạo, giá thành hạ.

Nguyên lí hoạt động chung của hệ thống: Nhiên liệu được đi qua bộ lọc hút nhiên liệu (13) → bơm nhiên liệu áp suất thấp → bộ lọc nhiên liệu (11) → đường ống chính dẫn nhiên liệu. Đường ống chính này sẽ bị chia làm 2 đường đi, một đường ống áp suất thấp dẫn nhiên liệu đến đường ống phân phối nhiên liệu áp suất thấp (5) dùng cho các kim phun trên đường ống nạp (6). Đường số hai, nhiên liệu được dẫn đến khối bơm cao áp (14) → bộ lọc treo nhiên liệu (15) → van điều tiết xung áp suất nhiên liệu (16) để áp suất và xung nhiên liệu được ổn định, thông qua trục cam xả, giúp dẫn động máy bơm, tạo áp suất và điều khiển đóng mở theo chu kì cam để cấp nhiên liệu đi đến van một chiều (18) → đường phân phối nhiên liệu áp suất cao (3) → kim phun cao áp phun trực tiếp nhiên liệu vào xi lanh. Nếu áp suất nhiên liệu quá cao thì nhiên liệu sẽ hồi qua van xả nhiên liệu (19) để điều chỉnh áp suất phù hợp, thông qua các tín hiệu từ các cảm biến áp suất nhiên liệu trên đường ống nạp và cảm biến áp suất nhiên liệu trong kim phun trực tiếp, ECM (Engine Control Module) sẽ tiếp nhận tín hiệu và điều khiển các bơm cao áp thông qua việc điều khiển độ mở (độ nhấc) của van chống tràn (17) để điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho kim phun trực tiếp.

Và điều khiển bơm nhiên liệu (12) thông qua việc điều khiển bơm nhiên liệu ECU (Electronic Control Unit) (7) điều chỉnh áp suất và lượng nhiên liệu phun vào đường ống nạp. Việc tạo áp suất và lượng nhiên liệu phun ra hoàn toàn tách biệt với nhau trong hệ thống toyota D-4S. Áp suất sẽ được tạo ra độc lập với lượng nhiên liệu phun ra. Lượng nhiên liệu phun ra được quyết định bởi việc điều khiển bàn đạp ga và chế độ vận hành của động cơ theo tải.

ECU điều khiển độ nhấc và thời gian nhấc kim phun, ECU tính toán và dựa trên dữ liệu đã có sẵn nó sẽ so sánh và gửi tín hiệu điều khiển lượng phun và thời gian phun ở các chế độ một cách phù hợp. Bơm cánh gạt PF 165 ( bơm áp thấp) 2. Cấu tạo 1- Kết nối điện 2- Đường nhiên liệu ra ( cao áp) 3- Van 1 chiều 4- Chổi than 5- Cực roto có nam châm vĩnh cửu 6- Bơm cánh gạt ( loại không cân bằng) 7- Đường nhiên liệu vào ( áp thấp) Hình 2. Cấu tạo của khối bơm xăng áp thấp.

Bơm xăng cánh gạt loại không cân bằng ( PF 165 Pump) 2.1 Vỏ Là lớp bọc bên ngoài của bơm cánh gạt. Tất cả các thành phần khác của máy bơm cánh gạt đều có trong cỏ này. Có hai cổng trong vỏ: − Cổng vào: Chất lỏng đi vào máy bơm qua cổng này. 10 − Cổng ra: chất lỏng áp suất cao rời khỏi máy bơm qua cổng ra.

Trục Có một trục bên trong máy bơm cánh gạt được kết nối với động cơ chính. Một roto được gắn trên trục và nó quay bằng cách sử dụng sức mạnh của động cơ chính. Roto Roto của máy bơm cánh gạt có các rãnh nằm ở khoảng cách bằng nhau xung quang roto. Roto này có nhiều rãnh xuyên tâm khác nhau trong đó.

Van trượt Các cánh trượt có trong các rãnh của roto, các cánh trượt chuyển động tự do bên trong các khe của roto. Các cánh trượt có dạng hình chữ nhật và được gắn với roto bằng lò xo. Chất lỏng màu xanh: nhiên liệu áp thấp chất lỏng màu đỏ: nhiên liệu áp cao 2. Vòng cam Vòng cam nằm ở thành bên trong của vỏ.

Nguyên lí làm việc của bơm cánh gạt (loại không cân bằng) Hình 2. Hoạt động của bơm cánh gạt loại không cân bằng (bơm áp thấp PF 165). Bơm nhiên liệu áp suất thấp LP (Low Pressure) dùng để cấp một lượng nhiên liệu có áp suất phù hợp từ 300-530 Kpa đến bơm phun và kim phim LP trên đường ống nạp và đến bơm cao áp của kim phun trực tiếp trên xi lanh. Mục đích cấp nhiên liệu vào buồng đốt của 11 xi lanh vào đúng thời điểm với một lưu lượng, áp suất nhất định và theo một quy luật nhất định tương ứng với từng chế độ của động cơ.

Bơm này còn có chức năng bổ sung là tắt khi túi khí ngừng hoạt động. Nguyên lí làm việc: − Khi cấp nguồn điện, trục bắt đầu quay và roto được gắn trên trục cũng bắt đầu quay → các cánh trượt chịu một lực ly tâm hướng ra ngoài làm cho cánh gạt GDI chuyển ra ngoài → lò xo nối roto và cánh gạt được kéo dài ra → các lò xo mở rộng và các cánh trượt tiếp xúc với vòng cam (cho đến khi roto dừng hoạt động). Lò xo của cánh gạt nén lại, sẽ duy trì sự tiếp xúc với vành cam.