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

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

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

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: TS NGUYỄN QUANG TRUNG Sinh viên thực hiện: CAO TRUNG HUY

LỜI NÓI ĐẦU

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 đích 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 :“KHẢO SOÁT VÀ TÍNH KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP TRÊN SKYACTIVE -

Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu khảo sát, do thời gian và khả năng hiểu biết còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự đóng góp ý kiến

bổ sung của các thầy cô giáo để luận văn của em được hoàn thiện hơn

Đà nẵng,ngày ,tháng ,năm 2020

Sinh viên thực hiện

Cao Trung Huy

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ XE MAZDA CX-5 VÀ ĐỘNG CƠ SKYACTIVE 4

1.1 Giới thiệu về xe Mazda CX-5 và động cơ Skyactiv-G: 4

1.2 Giới thiệu về cơ cấu khuỷu trục-thanh truyền-piston 5

1.3 Hệ thống phân phối khí 7

1.4 Hệ thống đánh lửa 8

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 trên động cơ Skyactive 13

2.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống phun xăng trực tiếp 13

2.1.2 Sơ đồ hệ thống phun xăng trực tiếp trên động cơ Skyactiv 17

2.2 Kết cấu các chi tiết trong 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 và 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 của 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

2.3.8 Cảm biến lưu lượng khí nạp 34

2.5.8 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 36

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ SKYACTIVE VÀ TÍNH KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG PHUN XĂNG 38

3.1 Tính toán nhiệt 38

3.2 Tính toán các thông số của chu trình 40

3.2.1 Tính quá trình nạp 40

3.2.2 Tính quá trình nén 41

3.2.3 Tính quá trình cháy 42

3.2.4 Tính quá trình giản nở 43

3.2.5 Các thông số đặc trưng cho chu trình làm việc của động cơ 44

3.3 Xác định lưu lượng khí nạp 45

3.4 Tính toán vòi phun 49

3.5 So sánh đánh giá hiệu quả khi động cơ sử dụng công suất cực đại 49

3.6 So sánh đánh giá hiệu quả 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 trên ô tô 55

4.1.1 Bảo dưỡng thường xuyên 55

4.1.2 Bảo dưỡng cấp một 55

4.1.3 Bảo dưỡng cấp hai 55

4.1.4 Các công việc khi bảo dưỡng kỹ thuật 55

4.2 Các hư hỏng của hệ thống cung cấp nhiên liệu trên ô tô 56

4.2.1 Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu 56

4.2.2 Các hư hỏng của vòi phun 56

4.3 Kiểm tra chẩn đoán bằng thiết bị 56

KẾT LUẬN 57

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ XE MAZDA CX-5 VÀ ĐỘNG CƠ SKYACTIVE

1.1 Giới thiệu về xe Mazda CX-5 và động cơ Skyactiv-G:

Các thông số kỹ thuật của xe và động cơ:

Động cơ Skyactiv-G do hãng MAZDA sản xuất, được lắp trên xe Mazda CX-5 Cùng với các trang thiết bị tiêu chuẩn là những cải tiến về các trang thiết bị nội, ngoại thất làm cho Skyactiv-G 2.0L có những tính năng vượt trội so với các dòng xe đương thời Về ngoại thất, được thiết kế theo ngôn ngữ Kudo, những đường nét khỏe khoắn, đèn

xi nhan được bố trí trên gương chiếu hậu có thiết kế sắc lẹm và giúp phương tiện dễ nhận biết hơn khi tín hiệu này sáng, đèn sương mù sám mờ lắp chìm mang lại tầm nhìn tốt hơn cho người điều khiển Bên trong cabin, bảng điều khiển trung tâm cụm đồng hồ dễ nhìn thực tế, sử dụng vật liệu cao cấp cùng với ánh sáng xanh của các nút điều khiển giúp người lái dễ dàng quan sát đảm bảo tính an toàn khi điều khiển xe Hệ thống phanh gồm phanh ABS bốn kênh,bốn cảm biến, phân bố lực phanh điện tử Sáu túi khí cùng dây đai

an toàn đảm bảo an toàn tối đa cho người lái và hành khách khi xảy ra va chạm

Xe được trang bị động cơ Skyactiv-G, một trong những động cơ có tính năng vượt trội so với những động cơ đương thời Skyactiv-G là động cơ xăng với 4 xilanh được đặt thẳng hàng, 16 xupáp Các xupáp đựợc dẫn động trực tiếp từ cam Cam được đặt trên nắp máy, gồm 2 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 được nhiên liệu

Bảng 1.1: Bảng thông số kỹ thuật xe Mazda CX-5

1 Dài x Rộng x Cao (mm x mm x mm) 4550 x 1840 x 1680

1.2 Giới thiệu về cơ cấu khuỷu trục-thanh truyền-piston

Động cơ Skyactiv-G trên 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 của xéc măng Piston được làm bằng hợp

kim nhôm có đường kính 83.5(mm), đỉnh piston bằng để tránh tổn thất nhiệt Xéc măng

số 1, 2 có phân biệt mặt trên

Hình 1-2: Nhóm piston động cơ Skyactiv-G

Thanh truyền của động cơ được đúc bằng thép hợp kim, kết cấu thanh truyền được

mô tả như dưới đây:

Bảng 1.2: Thông số của cụm thanh truyền

Khoảng cách đầu to và đầu nhỏ thanh truyền(mm) 155.2

Hình 1.3 Nhóm thanh truyền động cơ Skyactiv-G

Động cơ sử dụng trục khuỷu có kết cấu có 4 khuỷu trục, mỗi khuỷu trục gồm cổ trục, má khuỷu, cổ biên và đối trọng Vật liệu sản xuất là thép hợp kim được mô tả như hình bên dưới:

Hình 1.4 Trục khuỷu động cơ Skyactiv-G

1.3 Hệ thống phân phối khí

Động cơ Skyactiv-G (CX-5) sử dụng hệ thống phân phối khí dạng DOHC Cơ cấu phối khí điều khiển đồng thời góc mở và đóng của xupáp nạp, thải bằng điện tử có hai trục cam dẫn động

Hình 1.5 Hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G

Với cơ cấu điều khiển thời điểm phân phối thông minh được sử dụng trên cam nạp

và cam xả nhằm cải thiện hiệu suất nhiên liệu từ đó 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)

Ngoài ra, cơ cấu phân phối dùng trục cam có bề mặt được gia công với độ nhẵn cao Xupáp sử dụng bạc đạn bi kim tại cò mổ làm giảm tải trọng đặt lên lò xo xupáp Sên cam được sử dụng có độ cứng cao giúp giảm sức căng lên sên cam

1.4 Hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa trong động cơ Skyactive trên xe Mazda CX-5 là loại đánh lửa trực tiếp (đánh lửa trực tiếp đơn chiếc), nghĩa là mỗi bugi sẽ được đánh lửa bởi một bô bin đánh lửa và có thự tự đánh lửa là 1-3-4-2 Bugi đánh lửa được dùng loại có số hiệu là PE011810, được thể hiện như hình bên dưới

Hình 1-6: Hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ Skyactiv-G

Quá trình đánh lửa của hệ thống

Hệ thống điều khiển bao gồm các cảm biến để xác định tình trạng làm việc của đông

cơ, ECM tính toán thời điểm và thời gian phun cho phù hợp với tín hiệu các cảm biến, truyền tín hiệu đánh lửa đến IC đánh lửa và tác động điều khiển lượng nhiên liệu phun cơ bản dựa trên các tín hiệu ECM

Các cảm biến xác định lưu lượng không khí nạp, số vòng quay động cơ, tải động cơ, nhiệt độ nước làm mát và sự tăng tốc-giảm tốc Cảm biến gửi tín hiệu về ECM, sau đó ECM sẽ hiệu chỉnh thời gian phun và gửi tín hiệu đến các kim phun thông qua bộ biến đổi điện áp EDU, các 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 được điều khiển bởi hệ thống điều khiển thời gian đánh lửa bằng điện tử thời gian đánh lửa được tính toán liên tục theo điều kiện động cơ dựa trên giá trị thời điểm đánh lửa tối ưu được lưu giữ trong máy tính, dưới dạng một bản đồ ESA So với điều khiển đánh lửa cơ học của các hệ thống thông thường thì điều khiển bằng ESA

có độ chính xác cao hơn và không cần đặt thời điểm đánh lửa kết quả giúp tiết kiệm nhiên liệu và tang công suất phát ra

1.5 Hệ thống bôi trơn

Động cơ sử dụng xích dẫn động bơm dầu loại mới, giảm được lực kéo bơm dầu giúp tối ưu hóa mạch dầu để giảm tổn thất áp lực trong hệ thống Ngoài ra, hệ thống còn sử dụng ống phân phối dầu loại giảm lực cản dòng chảy

Van solenoid điều khiển áp lực dầu trong hệ thống bôi trơn, áp lực dầu hồi được điều khiển bởi cơ cấu thủy lực (2 cấp độ hồi)

Hệ thống bôi trơn sử dụng điều khiển áp lực dầu hai cấp độ giúp làm giảm lực cản mạch dầu và giảm áp đầu vào các thiết bị

Hình 1-7: Sơ đồ hệ thống bôi trơn trên động cơ Skyactiv-G

bánh răng (Trochoid)

Loại lọc có thông số áp lực mở đường dầu tắt (kPa) là 78-118

Dưới đây là sơ đồ đường đi của dầu bôi trơn trong hệ thống:

Hình 1-8: Sơ đồ đường đi của bôi trơn trên động cơ Skyactiv-G

1.6 Hệ thống làm mát

Sử dụng hệ thống làm mát dung dịch và quạt điện Dung tích 8.1L Sử dụng bơm ly tâm và dẫn động đai Van hằng nhiệt loại sáp, nhiệt độ mở van 80.5-83.5 C, nhiệt độ mở van tối đa 95C, độ mở van tối đa 8.5mm

Két nước loại Colgate(Sealed) của nhà cung cấp Visteon Nắp két nước có áp suất

mở van 90-110Kpa

Quạt két nước thuộc loại dẫn động điện của nhà cung cấp Bosch, đường kính quạt 390mm và có 7 cánh Bộ cánh bơm cái tiến được làm từ plastic làm giảm lực cản mạch dẫn nước làm mát

Hình 1-9: Sơ đồ hệ thống làm mát trên động cơ Skyactiv-G 1- Bình chứa nước làm mát; 2- Mô tơ quạt số 2; 3-Mô tơ quạt số 1; 4- Bơm nước

5- Van hằng nhiệt; 6- Két nước làm mát; 7-Nắp két nước

Nhiệt độ mở tối đa van (ºC) 95

Độ mở van tối đa (mm) 8,8 or more

CHƯƠNG 2: KHẢO SOÁT HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP TRÊN ĐỘNG

CƠ SKYACTIVE

2.1 Phân tích hệ hống phun xăng trực tiếp trên động cơ Skyactive

2.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống phun xăng trực tiếp

Phun xăng trực tiếp (GDI) là phương pháp hình thành hòa khí khi xăng được phun trực tiếp vào buồng cháy bằng vòi phun áp suất cao

Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng trực tiếp của động cơ

Ở động cơ GDI, nhiên liệu được đưa trực tiếp vào buồng đốt ở kỳ nạp hoặc kỳ nén

Để đưa được nhiên liệu vào buồng đốt động cơ trong kỳ nén, hệ thống nhiên liệu phải đáp ứng được yêu cầu áp suất phun nhiên liệu của kim phun phải lớn hơn áp suất trong buồng đốt ở kỳ nén, đồng thời để nhiên liệu được phun tơi hòa trộn tốt với không khí trong buồng đốt thì áp suất phun đòi hỏi phải lớn hơn áp suất không khí trong buồng đốt

ở kỳ nén rất nhiều (tỷ lệ này sẽ được xét phần sau)

Việc tạo hỗn hợp trong buồng đốt động cơ GDI liên quan trực tiếp đến quá trình cung cấp nhiên liệu Nếu việc cung cấp nhiên liệu không đạt yêu cầu sẽ dẫn tới quá trình tạo hỗn hợp không tốt và quá trình cháy sẽ không phát huy hết công suất của động cơ, nhiên liệu không được đốt cháy hoàn toàn sẽ gây ra tiêu hao nhiên 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 combustion system) dùng cho động cơ Diesel, hệ thống PROCO (Fordpro grammed combustion control system), … các nhà nghiên cứu đã cho ra đời hệ thống cung cấp 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 thiện hơn Sau đây chúng ta sẽ xét những yêu cầu, cấu tạo, hoạt động của hệ thống nhiên liệu động cơ GDI

Mục đích

Để ngăn chặn nóng lên toàn cầu này chúng ta cần giảm lượng khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính và để giảm khí CO2 sinh ra chúng ta cần nhanh chóng chế tạo ra những động cơ thải ra ít CO2 hơn những động cơ truyền thống.Động cơ GDI được chế tạo đảm bảo thân thiện với môi trường bằng cách giải quyết vấn đề thường đi kèm với những động cơ trước đây như là những giới hạn về công xuất, giá cả và thiết kế của nó Công nghệ GDI giúp cải thiện 10-30% hiệu suất tiêu hao nhiên liệu so với những động cơ phun xăng truyền thống

Dưới tác dụng của dòng xoắn ( hoặc cuộn) không khí trong buồng đốt, nhiên liệu hòa trộn với không khí tạo thành đám mây hòa khí và được vách đỉnh piston dẫn hướng đến khu vực đầu bugi( phương thức vách dẫn hướng) Bên trong đám mây khí, tỉ lệ hỗn hợp khoảng 0,95-1 Bến ngoài đám mây hòa khí rất nhạt

Hình 2.2 Chế độ vận hành phân lớp

Trong phương pháp dẫn hướng hòa khí bằng tia phun, hòa khí phân lớp được hình thành nhờ van phun phun nhiên liệu vào khu vực đầu bugi và hòa trộn với không khí có ở

đó thành một đám mây hòa khí cháy được Bên ngoài đám mây hòa khí rất nhạt

Để giảm lượng NOx sinh ra trong lúc cháy, lượng khí thải hồi lưu tùy lúc có thể lên đến 40% thể tích khí nạp Do van bướm ga mở hoàn toàn trong chế độ vận hành phân lớp, momen xoắn động cơ được điều chỉnh bằng cách thay đổi tỷ lệ không khí- nhiên liệu

Chế độ vận hành đồng nhất

Khi momen xoắn lớn hoặc tốc độ quay động cơ lớn động cơ vận hành với hòa khí đồng nhất có =1 hoặc để đạt được công suất tối đa với <1 Cảnh hướng dòng trong đường ống nạp được mở để tăng khả năng nộp đầy xylanh Ngoài ra nhiên liệu được phun sớm hơn trong kỳ hút Nhờ đó không khí và nhiên liệu có đủ thời gian để hòa trộn tốt và phân bố đều trong buồng đốt trước khi được đánh lửa( hòa khí đồng nhất)

Hình 2.3 Chế độ vận hành đồng nhất

Ở chế độ vận hành đồng nhất, momen xoắn động cơ dược thay đổi bằng cách điều chỉnh lượng hòa khí, có nghĩa là lượng không khí nạp được điều chỉnh bằng van bướm ga Sự hình thành hòa khí và quá trình cháy diễn ra sau đó giống như trường hợp phun nhiên liệu vào đường ống nạp

Những ưu điểm của phun xăng trực tiếp(GDI)

Nhiên liệu lỏng được phun trực tiếp vào buồng đốt và chỉ bay hơi ở đó, do đó giúp làm giảm nhiệt độ trong buồng đốt và tăng công suất động cơ

Kỹ thuật tạo hỗn hợp phân lớp cho phép động cơ tăng đáng kể lượng khí thải hồi lưu

Khi vận hành ở tải một phần, việc điều chỉnh chất lượng giúp đạt được áp suất hữu dụng cao trong buồng đốt Tổn hao tiết lưu được giảm thiểu nhờ van bướm ga được mở hoàn toàn ở hỗn hợp phân lớp Điều này giúp đạt được hiệu suất cao hơn và tiêu hao nhiên liệu ít hơn

Mức độ đậm của hòa khí lúc khởi động lạnh hay tăng tốc ít hơn khi phun gián tiếp

Do đó động cơ phát thải ô nhiễm ít hơn và tiêu thụ nhiên liệu ít hơn

Những nhược điểm của phun xăng trực tiếp

Chi phí thiết kế và chế tạo, điều chỉnh cao hơn đáng kể, nhất là khi vận hành với hỗn hợp phân lớp

Lượng khí thải NOx tăng, thành phần lưu huỳnh có trong nhiên liệu làm giảm tác dụng của bộ xúc tác xử lý NOx

2.1.2 Sơ đồ hệ thống phun xăng trực tiếp trên động cơ Skyactiv

Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống phun xăng trực tiếp trên động cơ Skyactive

Nhiên liệu được hút từ bình nhiên liệu bằng bơm và đưa qua bộ lọc nhiên liệu có tác dụng hấp thụ các dao động nhỏ của áp suất nhiên liệu do sự phun nhiên liệu gây ra, sau đó qua ống phân phối rồi đến bơm nhiên liệu áp lực cao để tăng áp suất cho nhiên liệu và cuối cùng tới vòi phun phun trực tiếp vào buồng cháy Nhiên liệu thừa được đưa trở lại bình xăng qua ống hồi … Các vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào đường ống nạp tùy theo các tín hiệu phun được ECU tính toán

2.2 Kết cấu các chi tiết trong hệ thống phun xăng trực tiếp GDI

2.2.1 Bơm cao áp

Có thể nói bộ phận quang trọng đầu tiên trong hệ thống này là bơm cao áp, bơm cao

áp có nhiệm vụ nén nhiên liệu áp suất thấp từ bơm tiếp vận lên nhiên liệu áp suất cao để tích trữ trong ống rail Nhờ có cảm biến áp suất ống rail mà ECU nhận biết được áp suất thực tế trong ống rail là bao nhiêu để điều chỉnh van FPRV( Fuel Pressure Regular Valve

: van điều áp) trên bơm cao áp Sau đó ECU sẽ điều chỉnh kim phun nhiên liệu dưới áp suất cao vào buồng đốt động cơ

Hình 2.5 Cấu tạo bơm cao áp

1: Xi lanh; 2: Đầu ra nhiên liệu; 3: Đầu vào nhiên liệu; 4: Bầu tích năng

5: Chỗ nối điện; 6:Solenoid;; 7: Lò xo

2.2.2.1 Điều khiển bơm cao áp

Hình 2.6 Sơ đồ điều khiển bơm cao áp

Trong đó:

+B: Đường cung cấp cho ECU sau rơ le chính

FP+,FP-: Tín hiệu điều khiển van áp suất bơm cao áp

GND: nối mass

Bảng 2.1 Điều kiện làm việc của bơm

Relay ON/OFF Điều kiện làm việc

ON Khi thỏa một trong các điều kiện sau:

- Công tắc ON( trong thời gian khoảng 1 giây)

- Động cơ đang hoạt động

- Trong khi động cơ đang làm việc

- Động cơ dừng tạm thời bởi điều khiển i-stop

OFF Động cơ dừng (ngoại trừ trường hợp dừng tạm thời bởi điều khiển

i-stop)

Hiệu dụng Tốc độ bơm Điều kiện làm việc

- Khi động cơ khởi động

- Module điều khiển bơm nhiên liệu

gặp sự cố ( nếu điện áp thấp hơn yêu cầu)

10-90% Tùy thuộc vào tỷ lệ hiệu

dụng

- Giá trị phản hồi từ cảm biến áp lực

nhiên liệu ( xác định lực bơm nhiên liệu đang ở áp suất cao)

- Điều khiển ở mọi tỉ lệ hiệu dụng

ngoại trừ 5% hoặc 95%

dừng tạm thời theo điều khiển i-stop

2.2.2 Van điều chỉnh nhiên liệu FPRV

Trên bơm có một van solenoid điều khiển điện, thường gọi là van điều chỉnh áp suất nhiên liệu FPRV Van này nhìn chung có chức năng như van SCV( Suction Control Valve) trên động cơ phun xăng điện tử Van có 2 dây được điều khiển bởi hộp ECM động

cơ theo dạng điều chế độ rộng xung Nếu van mở càng nhiều, lượng nhiên liệu nạp vào bơm cao áp sẽ càng nhiều dẫn đến áp suất nhiên liệu tăng cao và ngược lại Van này được kiểm tra bằng cách đo điện trở nằm trong khoảng 0.5Ω kết hợp với việc kích hoạt trên máy chuẩn đoán Khi bạn kích hoạt, van di chuyển nghe tiếng click có nghĩa là van vẫn còn hoạt động

Về phần áp suất mà bơm cao áp này tạo ra sẽ có mức áp suất khác nhau tùy từng loại bơm và từng loại xe Áp suất buồng đốt của động cơ GDI cao hơn động cơ MPI, động cơ MPI thông thường có áp suất buồng đốt 9-13 bar thì với động cơ GDI: muốn

Hình 2.12: Van điều chỉnh nhiên liệu

1: Đường nhiên liệu ra; 2: Thông với đường ống nạp; 3: Lò xo; 4: Van; 5: Màng;

6: Đường nhiên liệu vào

Nguyên lý làm việc

Nhiên liệu có áp suất từ dàn ống phân phối sẽ ấn màng (5) làm mở van (4) Lượng nhiên liệu trở về phụ thuộc vào độ căng của lò xo màng, áp suất nhiên liệu thay đổi tuỳ theo lượng nhiên liệu hồi Ðộ chân không của đường ống nạp được dẫn vào buồng phía chứa lò xo làm giảm sức căng lò xo và tăng lượng nhiên liệu hồi, do đó làm giảm áp suất nhiên liệu Nói tóm lại, khi độ chân không của đường ống nạp tăng lên (giảm áp), thì áp suất nhiên liệu chỉ giảm tương ứng với sự giảm áp suất đó Vì vậy áp suất của nhiên liệu

A và độ chân không đường nạp B được duy trì không đổi Khi bơm nhiên liệu ngừng hoạt động, lò xo (3) ấn van (4) đóng lại Kết quả là van một chiều bên trong nhiên liệu và van bên trong bộ điều áp duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu

2.2.3 Cảm biến ống rail FPS

Cảm biến ống rail FPS( Fuel Pressure Sensor) thường được gắn ở đầu ống rail dùng

để đo áp suất nhiên liệu thực tế bên trong ống rail gửi tín hiệu về ECM dưới dạng điện

áp Cảm biến ống rail có 3 dây: 1 dây dương 5V lấy từ hộp,1 dây mass và 1 dây tín hiệu đưa về hộp

Chức năng

ECM dựa vào tín hiệu này để điều khiển lượng phun nhiên liệu vào buồng đốt động

cơ Điều khiển van FPRV như đã nói ở trên tùy thuộc vào từng chế độ hoạt động của động cơ Giảm sát van FPRV có hoạt động tốt hay không

Hình 2.8 Cảm biến ống rail

2.2.4 Các đường ống cao áp và ống rail

Tất cả các đường ống được làm từ thép hợp kim không gỉ chống ăn mòn về hóa

học Ống rail bên ngoài hay còn gọi là ống sáo, thuật ngữ rail này lấy từ hệ thống phun dầu điện tử Common Rail vì hình dạng của nó tương tự bên hệ thống phun dầu và nhiệm

vụ cũng là để tích trữ nhiên liệu áp suất cao từ bơm cao áp lên

2.2.5 Kim phun

Một chi tiết cực kì quan trọng trong hệ thống này là kim phun Không giống như động cơ phun xăng thông thường, kim phun GDI được thiết kế với độ chính xác và phun

áp suất cao hơn rất nhiều

Nếu như động cơ phun xăng đa điểm MPI, kim phun phun vào trước đường ống nạp thì động cơ GDI, kim phun phun thẳng trực tiếp vào buồng đốt của động cơ giống như động cơ Diesel

Hình 2.9 Kết cấu kim phun cao áp

1:Cụm vòi phun ;2:Thân vòi phun; 3:Đệm cao su; 4:Piston O; 5 Lò xo;

6:Solenoid; 7:Chỗ nối điện ; 8: Lọc nhiên liệu; 9:Đệm cao su

Hiện nay kim phun có 2 loại: bằng cuộn từ và bằng Piezo Tuy nhiên Piezo là kim phun loại mới nên độ phổ biến không bằng kim phun loại cuộn từ Đối với kim phun cuộn từ điện áp mở kim khoảng 50-60 VDC tùy loại Còn đối với Piezo thì điện áp vào khoảng 105 VDC Vì vậy hãy cực kỳ cẩn thận khi sửa chữa kim phun, trường hợp nếu muốn thử bằng đèn Led thì phải dùng điện trở vài kilo ôm trở lên và phải cẩn trọng trong việc cách điện Để kiểm tra kim phun người ta thường dùng phương pháp đo điện trở Điện trở tiêu thụ từ 1.25 ôm ở 20 độ C

Cảnh báo khi sửa chửa động cơ GDI:

Luôn chắc rằng không có áp suất cao trong hệ thống khi tháo lắp ( để biết được áp

suất bao nhiêu có thể xem thông số áp suất bằng thiết bị chuẩn đoán) Một số máy chuẩn đoán có chức năng xả áp, có thể tham khảo trong phần chức năng đặc biệt

Trường hợp phải xả áp thủ công, nên tham khảo thật kỹ hướng dẫn của nhà sản xuất.Có thể thảo relay bơm để động cơ hoạt động đến khi tắt hẳn Chú ý bơm cao áp phải luôn được cấp nhiên liệu khi quay , nếu bơm cao áp chỉ quay mà không cấp nhiên liệu sẽ gây giảm tuổi thọ bơm Khi tháo và lắp lại bơm cao áp, phải sử dụng vòng đệm mới, không dùng lại bu-lông

Khi tháo kim phun ra ngoài phải có nắp đậy lại Trong trường hợp tháo nắp đậy kim phun, phải hoàn thành lắp ráp trong vòng 1h Nếu tháo kim phun mà không đậy lại trong

1 thời gian dài, phớt kim phun có thể bị nớt ra và gây khó khăn khi lắp vào

2.2.6 Bơm xăng điện

Kết cấu và nguyên lý hoạt động:

Bơm nhiên liệu là loại bơm cánh gạt được đặt trong thùng xăng, do đó loại bơm này

ít sinh ra tiếng ồn và rung động hơn so với loại trên đường ống Các chi tiết chính của bơm bao gồm: Mô tơ, hệ thống bơm nhiên liệu, van một chiều, van an toàn và bộ lọc được gắn liền thành một khối

Hình 2.10: Kết cấu của bơm xăng điện

1:Van một chiều; 2:Van an toàn; 3:Chổi than; 4:Rôto; 5:Stato; 6,8:Vỏ bơm;

Rôto (4) quay, dẫn động cánh bơm (7) quay theo, lúc đó cánh bơm sẽ gạt nhiên liệu

từ cửa vào (11) đến cửa ra (10) của bơm, do đó tạo được độ chân không tại cửa vào nên hút được nhiên liệu vào và tạo áp suất tại cửa ra để đẩy nhiên liệu đi

Van an toàn (2) mở khi áp suất vượt quá áp suất giới hạn cho phép (khoảng 6 kG/cm2)

Van một chiều (1) có tác dụng khi động cơ ngừng hoạt động Van một chiều kết hợp với bộ ổn định áp suất duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu khi động cơ ngừng chạy, do vậy có thể dễ dàng khởi động lại Nếu không có áp suất dư thì nhiên liệu có thể

dễ dàng bị hoá hơi tại nhiệt độ cao gây khó khăn khi khởi động lại động cơ

2.2.7 Lọc nhiên liệu

Lọc nhiên liệu lọc có nhiệm vụ lọc tất cả các chất bẩn và tạp chất khác ra khỏi nhiên liệu Nó được lắp tại phía có áp suất cao của bơm nhiên liệu Ưu điểm của loại lọc thấm kiểu dùng giấy là giá rẻ, lọc sạch Tuy nhiên loại lọc này cũng có nhược điểm là tuổi thọ thấp, chu kỳ thay thế trung bình khoảng 4500km

4

3 2

1

35

Hình 2-11: Kết cấu bộ lọc nhiên liệu

1: Thân lọc; 2: Lõi lọc; 3: Tấm lọc;4:Cửa xăng ra; 5:Tấm đỡ; 6:Cửa xăng vào

Xăng từ bơm nhiên liệu vào cửa (6) của bộ lọc, sau đó xăng đi qua phần tử lọc (2) Lõi lọc được làm bằng giấy, độ xốp của lõi giấy khoảng 10m Các tạp chất có kích thước lớn hơn 10m được giữ lại đây Sau đó xăng đi qua tấm lọc (3) các tạp chất nhỏ hơn 10m được giữ lại và xăng đi qua cửa ra (5) của bộ lọc là xăng tương đối sạch cung cấp quá trình nạp cho động cơ

2.2.8 ECU điều khiển

ECU có hai chức năng chính: Điều khiển thời điểm phun và điều khiển lượng phun nhiên liệu Chức năng điều khiển thời điểm phun quyết định khi nào thì từng vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào xi lanh Để thực hiện điều này nó sử dụng tín hiệu đánh lửa sơ cấp từ

bộ chia điện hoặc biến áp đánh lửa

Chức năng điều khiển lượng phun sẽ quyết định bao nhiêu lượng nhiên liệu được phun vào các xi lanh

Điều đó được xác định bằng:

1 Tín hiệu phun cơ bản: Tín hiệu này được xác định bằng tín hiệu

tốc độ động cơ và tín hiệu lượng khí nạp

2 Các tín hiệu hiệu chỉnh lượng phun: Các tín hiệu này nhận từ các cảm biến khác, ngoài ra còn có một mạch khuếch đại công suất để kích hoạt vòi phun

Cấu tạo chính ECU:

Bộ nhớ chỉ đọc (ROM – Read Only Memory) là nơi lưu trữ thông tin thường trực Bộ nhớ này chỉ đọc được thông tin cần thiết ra chứ không thể ghi vào hay sửa chữa Thực chất đây chính là chương trình gốc của nhà chế tạo đã cài đặt sẵn

Bộ nhớ (RAM) là bộ nhớ dùng để nhận các tín hiệu vào thông qua các cảm biến tín hiệu để so sánh với các thông số trong chương trình gốc có sẵn và chọn ra tín hiệu phù

hợp điều khiển cho vòi phun mở (chính là tín hiệu Ti)

Ngoài ra còn có chức năng ghi lại các thông tin thông qua các cảm biến làm việc (chế độ làm việc của các cảm biến) Đây chính là chức năng lưu giữ sai hỏng của các chi tiết trong hệ thống Với chức năng này phần lưu giữ thông tin sai hỏng này có thể xoá được khi nguồn bị ngắt Ngoài ra trong ECU còn có chức năng khác như:

Ngoài ra trong ECU còn có chức năng khác như:

+ Bộ chuyển đổi tín hiệu từ điện áp thành tín hiệu số (bộ biến đổi A/D)

+ Bộ đếm dùng để đếm xung (tín hiệu vòng quay n)

+ Bộ ổn áp

2.3 Các cảm biến của hệ thống phun xăng trực tiếp GDI

2.3.1 Cảm biến ôxy (Oxygen sensor)

Cấu tạo

Cảm biến oxy có một bộ nung platin lắp vào trong phần tử cảm biến Cảm biến ôxy đảm bảo sự đáp ứng tốt hơn khi nhiệt độ khí xả thấp nhờ vào bộ nung lắp bên trong Vì vậy, điều khiển hồi tiếp tỷ lệ không khí – nhiên liệu có thể đạt được trong một thời gian ngắn sau khi động cơ khởi động

Nguyên lý hoạt động

Chất điện cực rắn (phần tử zirconia) tạo ra một lực điện khi có một sự sai khác về

sự tập trung oxy tại bề mặt bên trong của nó (bề mặt này tiếp xúc với các khí xả) và sự tập trung oxy ở bề mặt bên ngoài của nó (bề mặt này tiếp xúc với không khí bên ngoài) Khi nồng độ oxy trong khí xả tương đối thấp thì một lượng lớn các ion oxi di chuyển không khí bên ngoài sang bên khí xả Sự di chuyển của các ion ôxy này tạo ra một lực điện được tạo ra giữa điện cực bên ngoài không khí và điện cực bên khí thải

Khi tỉ lệ không khí – nhiên liệu là nhạt, sẽ có nhiều ôxy trong khí xả nên chỉ có sự chênh lêch nhỏ về nồng độ giữa bên trong và bên ngoài phần tử cảm biến Vì lý do đó điện áp do nó tạo ra nhỏ Ngược lại khi tỷ lệ không khí – nhiên liệu đậm, ôxy trong khí

xả ngần như biến mất Điều đó tạo ra chênh lệch về nộng độ ôxy bên trong và bên ngoài phần tử cản biến nên điện áp tạo ra tương đối lớn (gần bằng 1V)

Platin phủ bên ngoài phần tử cảm biến Zirconia có tác dụng như một chất xúc tác, làm cho ôxy và CO trong khí xả phản ứng với nhau Nó làm giảm lượng ôxy và tăng độ nhạy của cảm biến

Dựa trên tín hiệu phát ra từ cảm biến này mà ECU động cơ tăng hay giảm lượng phun nhiên liệu để duy trì tỷ lệ không khí- nhiên liệu gần với lý thuyết

Hình 2.12: Kết cấu và sơ đồ mạch điện của cảm biến ôxy

1: Tín hiệu từ khí xả; 2:Đường không khí; 3: Tín hiệu từ không khí; 4:Lò xo; 5:Tiếp xúc với lớp platin không khí; 6:Lớp bao kín; 7:Phần tử cảm ứng; 8:Vỏ bảo vệ; 9:Lớp Platin

tiếp xúc với khí xả; 10:Lớp Zirconia; 11:lớp platin tiếp

2.3.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp

Cảm biến này cung cấp thông tin cho bộ ECU về nhiệt độ không khí nạp Vì vậy nó

có thể giúp ECU điều chỉnh lượng nhiên liệu phun phù hợp với các thay đổi nhiệt độ dẫn đến sự thay đổi về mật độ của không khí nạp

Cảm biến nhiệt độ khí nạp sử dụng điện trở nhiệt mà điện trở của nó giảm khi nhiệt

độ tăng và ngược lại

Điện áp ra của cảm biến (điện trở nhiệt) đưa điện áp đến bộ Engine- ECU, điện áp này giảm khi nhiệt độ tăng và ngược lại

12

13

14