CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG TRỰC TIẾP GDI 1. Lý do chọn đề tài Ô tô đã trở thành một phương tiện vận chuyển thông dụng trong bất cứ ngành nghề nào của nền kinh tế quốc dân như: khai thác tài nguyên, dich vụ công cộng, xây dựng cơ bản, quân sự và đặc biệt là phục vụ nhu cầu ngày càng cao của con người… Một chiếc ô tô hiện đại ngày ngay phải đáp ứng được các nhu cầu về tính tiện nghi, an toàn, kinh tế, thẩm mỹ và thân thiện với môi trường. Các nhà chế tạo ô tô nói chung và hãng xe Ford nói riêng đã không ngừng cải tiến và hoàn thiện chúng bằng việc đưa kỹ thuật tiên tiến nhằm đáp ứng những nhu cầu đó. Hiện nay ngành công nghệ ô tô đã có những bước phát triển vượt bậc, các vấn đề về tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ mội trường luôn được đặt lên hàng đầu.
Ford là một trong những hãng xe tiên phong và tích cực nhất trong việc bảo vệ môi trường thông qua việc ứng dụng nhiều công nghệ tiên tiến tiết kiệm nhiên liệu giảm khí CO2. Điển hình là Ford đã cho ra đời ngày càng nhiều động cơ xanh Ecoboost. Nói đến các chiếc xe được trang bị động cơ Ecoboost tại Việt Nam phải kể đến Focus 1. Ngoài ra, nhằm cập nhật những công nghệ mới và tìm hiểu sâu về hệ thống phun xăng trực tiếp GDI nên em quyết định chọn đề tài “ khai thác hệ thống phun xăng trực tiếp trên ô tô Ford Focus.
Thiết kế mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa – đánh lửa điện tử ” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của mình. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống phun xăng 1. Nhiệm vụ của hệ thống phun xăng Hệ thống phun xăng là một trong những hệ thống quan trọng bậc nhất của động cơ đốt trong. Hệ thống phun xăng có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu để cho động cơ hoạt động.
Hệ thống phun xăng dựa vào tính hiệu của các cảm biến phải cung cấp chính xác lượng xăng và thời điểm phun để động cơ hoạt động hoàn hảo nhất. Với hệ thống phun xăng trực tiếp GDI còn giúp hạn chế tình trạng cặn bám trên đường ống nạp ngay phía trước xupap, giúp tăng công suất hoạt động, giảm khí thải, tiết kiệm nhiên liệu Trang 1 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trương Thành Đồng 1. Yêu cầu của hệ thống phun xăng • Lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ phải chính xác để động cơ hoạt động tốt nhất và tiết kiệm nhiên liệu. Nhiên liệu cung cấp tới kim phun phải sạch và không chứa cặn bẫn.
• Thời điểm phun được tính toán để động cơ đạt công suất tốt nhất. • Tiết kiệm nhiên liệu. • Có tuổi thọ cao, chi phí bảo dưỡng sửa chửa thấp. • Có kết cấu nhỏ gọn, bền bỉ, dễ bảo dưỡng sửa chữa.
• Hỗn hợp nhiên liệu khi phun vào xy lanh phải tơi và có từng tỷ lệ A/F khác nhau tùy vào từng chế độ làm việc của động cơ. • Lượng nhiên liệu cung cấp vào từng xy lanh phải như nhau. Phân loại hệ thống phun xăng 1. Phân loại theo điểm phun Hệ thống phun xăng đơn điểm (phun một điểm): kim phun đặt ở cổ ống góp hút chung cho toàn bộ các xy lanh của động cơ, bên trên bướm ga.
Hệ thống phun xăng đa điểm (phun đa điểm): mỗi xy lanh của động cơ được bố trí 1 vòi phun phía trước xupap nạp. 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 động của động cơ (các sensors) và bộ điều khiển trung tâm (computer) để điều khiển chế độ hoạt động của động cơ ở điều kiện tối ưu nhất. Phun xăng thủy lực: được trang bị các bộ phận di động bởi áp lực của gió 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 vài loại xe trang bị hệ thống này. Phun xăng cơ khí: được điều khiển bằng cần ga, bơm cơ khí và bộ điều tốc để kiểm soát số lượng nhiên liệu phun vào động cơ. Trang 2 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trương Thành Đồng 1. Phân loại theo thời điểm phun xăng Hệ thống phun xăng gian đoạn: đóng mở kim phun một cách độc lập, không phụ thuộc vào xupap.
Loại này phun xăng vào động cơ khi các xupap mở ra hay đóng lại. Hệ thống phun xăng gián đoạn còn có tên là hệ thống phun xăng biến điệu. Hệ thống phun xăng đồng loạt: là phun xăng vào động cơ ngay trước khi xupap nạp mở ra hoặc ngay khi xupap 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 lượng xăng được phun ra khỏi kim phun vào động cơ. Tỉ lệ hòa khí được điều khiển bằng sự giảm áp suất nhiên liệu tại các kim phun. Do đó lưu lượng phun ra cũng được giảm theo. Phân loại theo mối quan hệ giữa các kim phun Phun theo nhóm đơn: hệ thống này, các kim phun được chia thanh 2 nhóm bằng nhau và phun luân phiên.
Mỗi nhôm phun một lần vào một vòng quay trục khủy. Phun theo nhóm đôi: hệ thống này, các kim phun cũng được chia thanh 2 nhóm bằng nhau và phun luân phiên. Phun đồng loạt: hệ thống này, các kim phun đều phun đồng loạt vào mỗi vòng quay trục khủy. Các kim được nối song song với nhau nên ECU chỉ cần ra một lệnh các kim phun đều đóng mở cùng lúc.
Phun theo thứ tự: hệ thống này, mỗi kim phun một lần, cái này phun xong tới cái kế tiếp. Khái quát về hệ thống phun xăng trực tiếp GDI 1. Kết cấu chung của hệ thống phun xăng trực tiếp GDI Cấu tạo của hệ thống phun xăng trực tiếp GDI gồm hai phần thấp áp và cao áp. Chúng có sự tương quan, hỗ trợ lẫn nhau trong quá trình hoạt động.
Phần thấp áp: bộ phận thấp áp bao gồm bơm xăng, lọc xăng, van điều áp được đặt trong thùng xăng. Áp suất nhiên liệu từ 4,5 – 6 kg/cm2 tùy vào mẫu xe, cao hơn so với áp suất của hệ thống phun xăng đa điểm MPI thông thường. Hoạt động của phần thấp áp trong động cơ phun xăng trực tiếp giúp duy trì tính ổn định của lực tác động Trang 3 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trương Thành Đồng lên bơm cao áp, từ đó giúp hệ thống phun xăng trực tiếp hoạt động trơn tru hơn. Phần cao áp: phần cao áp gồm các chi tiết bơm cao áp, ống rail, kim phun và cảm biến áp suất ống rail.
Bơm cao áp thực hiện nhiệm vụ nén nhiên liệu có áp suất thấp từ bơm xăng lên thành nhiên liệu áp suất cao, tích trữ tại ống rail. Cảm biến áp suất ống rail đảm nhận vai trò cung cấp thông tin cho ECU. Khi vận hành, bộ vi xử lý trong ECU sẽ tính toán và nhận biết áp suất thực tế trong ống rail và điều chỉnh van FPRV - van điều áp trên bơm cao áp. Tới thời điểm áp suất cao vào buồng đốt động cơ, kim phun nhiên liệu sẽ được điều khiển bởi ECU.1: Sơ đồ hệ thống GDI của Bosch 1-Thùng xăng, 2-Bơm tiếp vận, 3-ECU, 4-Bộ điều khiển bướm ga, 5-Đường ống nạp, 6-Cảm biến lưu lượng khí nạp, 7-Hộp cacbon, 8-Kim phun, 9-Bơm cao áp, 10-Cuộn đánhlửa,11-Bàn đạp, 12-Cảm biến oxy, 13-Cảm biến nhiệt độ nước, 14-Bộ xúc tác, 15-Cảm biến tốc độ Về kết cấu chung của động cơ GDI cũng tương tự như động cơ EFI.
Điểm khác nhau cơ bản là ở hệ thống buồng cháy, hệ thống nhiên liệu, hệ thống điều khiển và đánh lửa (ECU). Ở bộ xử lý khí thải thì động cơ GDI có bố trí thêm một bộ xúc tác (bộ xúc tác kép) để có thể xử lý khí thải khi động cơ hoạt động ở chế độ hỗn hợp nghèo. Trang 4 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trương Thành Đồng 1. Những đặc tính kĩ thuật của động cơ GDI Kết cấu đường ống nạp tạo được sự lưu thông của lượng gió tối ưu nhất.
Hình dạng piston lồi, lõm tạo thành buồng cháy tốt nhất, tạo được sự hòa trộn nhiên liệu - không khí tối ưu nhất. Bơm xăng cao áp cung cấp xăng có áp suất cao đến kim phun và phun trực tiếp vào xy lanh động cơ. Kim phun nhiên liệu có áp suất phun cao (khoảng chừng 5-10MPa), chuyển động xoáy lốc kết hợp với không khí tạo thành hòa khí (xăng - không khí) tốt nhất. Ở chế độ tải nhỏ, nhiên liệu được phun ở cuối quá trình nén.
Ở chế độ đầy tải nhiên liệu được phun trong quá trình nạp. Tiêu hao nhiên liệu ít hơn (khoảng 35% so với động cơ xăng EFI hiện nay). Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống phun xăng trực tiếp GDI Ưu điểm của hệ thống phun xăng trực tiếp GDI : + Phun nhiên liệu vào trực tiếp xy lanh với áp suất cao giúp cho hỗn hợp nhiên liệu được tơi nhất, từ đó làm tăng công suất động cơ phun nhiên liệu vào thẳng xy lanh nên nhiên liệu không bị thất thoát trên đường nạp như các hệ thống phun xăng khác. + Tỷ số nén của động cơ được tăng lên nhờ nhiên liệu được phun trực tiếp và với áp suất cao hơn nhiều so với tỷ số nén của động cơ, từ đó giúp tăng công suất động cơ.
Khí thải của động cơ sử dụng hệ thống phun xăng trực tiếp GDI sạch hơn các hệ thống phun xăng khác. + Thời điểm phun và lượng nhiên liệu được ECU tính toán chính xác từ đó giúp tiết kiệm nhiên liệu và động cơ hoạt động hoàn hảo. Ở hệ thống phun xăng trực tiếp, ECU điều chỉnh kim phun làm việc với nhiều chế độ phun khác nhau từ đó làm giảm lượng nhiên liệu tiết kiệm chi phí. Nhược điểm của hệ thống phun xăng trực tiếp : + Giá thành cao Trang 5 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trương Thành Đồng + Có cấu tạo phức tạp, có độ nhạy cảm cao và yêu cầu cao đối với chất lượng xăng và không khí, khó sửa chữa và bảo dưỡng.
+ Do nhiên liệu được phun vào buồng đốt nên đòi hỏi áp suất phun phải lớn hơn rất nhiều so với kiểu phun trên đường ống nạp, kết cấu kim phun phải đáp ứng được điều kiện khắc nghiệt của buồng cháy, hệ thống điều khiển phun phức tạp hơn nhiều. Vật liệu sử dụng làm piston và xy lanh phải có độ bền cao, do nhiệt sinh ra trong quá trình cháy cao hơn rất nhiều 1.