Nghiên cứu kỹ thuật mới trên động cơ ECOBOOST

Giúp hiểu rõ tại sao động cơ Ecoboost có thể tiết kiệm nhiên liệu một cách tối đa nhưng vẫn cho công suất đầu ra lớn hơn so với các mẫu động cơ có dung tích lớn hơn hiện nay.. Như

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

SVTH: TRẦN CHÍNH LUẬN MSSV: 13145154

GVHD : ThS NGUYỄN VĂN LONG GIANG

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT MỚI TRÊN

ĐỘNG CƠ ECOBOOST

SVTH: ĐỒNG QUỐC PHONG MSSV: 13145190

SVTH: TRẦN CHÍNH LUẬN MSSV: 13145154

GVHD : ThS NGUYỄN VĂN LONG GIANG

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

1 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT MỚI TRÊN ĐỘNG CƠ ECOBOOST

2 Nhiệm vụ đề tài: Nghiên cứu tài liệu và tìm hiểu các kỹ thuật mới trên động cơ ecoboost

- Nghiên cứu tổng quan về động cơ ecoboost

- Nghiên cứu các hệ thống mới trên động cơ ecoboost

- Nghiên cứu các phương pháp chẩn đoán cơ khí trên động cơ ecoboost

3 Sản phẩm của đề tài:

- Thuyết minh đề tài

- File báo cáo

4 Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 29/03/2017

5 Ngày hoàn thành nhiệm vụ đề tài: 25/07/2017

TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Bộ môn ………

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ và tên sinh viên: Đồng Quốc Phong MSSV: 13145190 Hội đồng:…………

Họ và tên sinh viên: Trần Chính Luận MSSV: 13145154 Hội đồng:…………

Tên đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật mới trên động cơ Ecoboost Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Họ và tên GV hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Long Giang Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)

2 Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2.2 Nội dung ĐỒ ÁN: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

2.3.Kết quả đạt được:

2.4 Những tồn tại (nếu có):

3 Đánh giá:

tối đa

Điểm đạt được

1 Hình thức và kết cấu ĐATN 30

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của

các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ

thuật, khoa học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần,

hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng

buộc thực tế

15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên

ngành…

5

3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10

4 Kết luận:

 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo vệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Bộ môn ………

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ và tên sinh viên: Đồng Quốc Phong MSSV: 13145190 Hội đồng:…………

Họ và tên sinh viên: Trần Chính Luận MSSV: 13145154 Hội đồng:…………

Tên đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật mới trên động cơ Ecoboost Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Họ và tên GV phản biện: (Mã GV)

Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

3 Kết quả đạt được:

4 Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:

5 Câu hỏi:

6 Đánh giá:

7 Kết luận:

 Được phép bảo vệ

Điểm tối đa

Điểm đạt được

1 Hình thức và kết cấu ĐATN 30

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các

mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ

thuật, khoa học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

 Không được phép bảo vệ

TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2017

Giảng viên phản biện

((Ký, ghi rõ họ tên)

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc

quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực

tế

15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN

Tên đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật mới trên động cơ Ecoboost

Họ và tên Sinh viên: Đồng Quốc Phong MSSV: 13145190

Trần Chính Luận MSSV: 13145154

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện và các thành viên trong Hội động bảo vệ Đồ án đã được hoàn chỉnh đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức

Chủ tịch Hội đồng:

Giảng viên hướng dẫn:

Giảng viên phản biện: _

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017

LỜI CẢM ƠN

Sau quá trình học và rèn luyện nghiêm túc tại Khoa Cơ Khí Động Lực trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh cùng với sự hướng dẫn và đôn đốc tận tình của Thầy ThS.Nguyễn Văn Long Giang, chúng tôi đã hoàn thành Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Thầy ThS.Nguyễn Văn Long Giang, người thầy đã động viên và giúp đỡ chúng tôi về mặt tinh thần cũng như kiến thức để chúng tôi vượt qua những ngày tháng khó khăn trong sự tìm tòi, hiểu biết về lĩnh vực các kỹ thuật mới trên động cơ ecoboost để rồi cuối cùng hoàn thành được Đồ án tốt nghiệp ngày hôm nay Một lần nữa xin gửi lời cảm ơn đến Thầy, chúc Thầy luôn khỏe mạnh và có những tháng năm công tác tốt

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô trong trường cũng như các thầy

cô khoa Cơ Khí Động Lực ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô và những người đã dìu dắt chúng tôi, cho chúng tôi những kiến thức chuyên ngành và những kinh nghiệm quý báu để cùng với sự nổ lực của chính bản thân chúng tôi đã hoàn thành Đồ án tốt nghiệp ngày hôm nay

Chúng tôi cũng xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè và tất cả những người thân của tôi đã tạo điều kiện và giúp đỡ chúng tôi có được kết quả đồ án ngày hôm nay Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người

LỜI MỞ ĐẦU

Với sự phát triển không ngừng nghỉ trong lĩnh vực chế tạo động cơ đốt trong Và những đòi hỏi khắt khe về vấn đề môi trường Thì việc chế tạo ra một động cơ nhỏ gọn, tiết kiệm nhiên liệu nhưng vẫn bảo đảm công suất đầu ra lớn để cho sự trãi nghiệm tuyệt vời sau tay lái là một điều tất yếu Và động cơ Ecoboost của Ford ra đời và đã làm được những điều đó Nó mang trên mình nhưng công nghệ tiên tiến và với hệ thống điều khiển thông minh cùng kết cấu vô cùng nhỏ gọn vì đã tinh giảm rất nhiều các chi tiết Động

cơ Ecoboost của Ford đã mang lại cuộc cách mạng trong lĩnh vực chế tạo động cơ Thay đổi hoàn toàn suy nghĩ trong chúng ta từ trươc đến nay là “Một động cơ mạnh mẽ thì đi đôi với dung tích động cơ lớn”

I Mục đích nghiên cứu

Đồ án nhằm nghiên cứu các kỹ thuật mới trên động cơ Ecoboost thông qua các hệ thống đã được Ford cải tiến Giúp hiểu rõ tại sao động cơ Ecoboost có thể tiết kiệm nhiên liệu một cách tối đa nhưng vẫn cho công suất đầu ra lớn hơn so với các mẫu động

cơ có dung tích lớn hơn hiện nay

Đồ án còn nghiên cứu về chẩn đoán các hư hỏng cơ khí chung trên động cơ và chẩn đoán các hư hỏng cơ khí của các hệ thống khác trên động cơ

II Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu chủ yếu là động cơ Ecoboost 1.0L

Nghiên cứu các hệ thống được cải tiến trên động cơ Ecoboost là các hệ thống mới

và khác so với các hệ thống trên những động cơ thông thường khác hiện nay

Những hệ thống được nghiên cứu: hệ thống nạp và kiểm soát nhiên liệu với kim phun trực tiếp vào buồng đốt, hệ thống định thời trục cam biến thiên TI-VCT, hệ thống đánh lửa trực tiếp, hệ thống Turbo tăng áp, hệ thống bơm nhớt biến thiên và hệ thống điều khiển công suất động cơ

III Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về động cơ ecoboost

- Nghiên cứu các hệ thống mới trên động cơ ecoboost

- Nghiên cứu các phương pháp chẩn đoán cơ khí trên động cơ ecoboost

IV Phương pháp nghiên cứu

Dịch và nghiên cứu tài liệu Petrol Engine Management – Ford Training APA, Fordtechservice – Ford Motor Company Từ đó tìm hiểu các ưu điểm vượt trội trên

các hệ thống mới của động cơ Ecoboost

V Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Có được cơ sở lý thuyết chung về các kỹ thuật mới trên động cơ Ecoboost Hiểu được lý do tại sao động cơ Ecoboost với thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm nhiên liệu như vậy nhưng vẫn cho công suất đầu ra lớn như thế

Từ đó áp dụng vào việc tối ưu hóa cũng như phát triển động cơ theo hướng giảm kích thước động cơ, giảm tiêu thụ nhiên liệu, khí thải, nhưng vẫn tăng được công suất cũng như cải thiện cảm giác lái

Biết được nguyên nhân hư hỏng cơ khí trên động cơ từ đó có thể tự chẩn đoán các lỗi cơ khí của động cơ khi hư hỏng xảy ra

VI Các nội dung chính của đề tài

- Mở đầu

- Chương 1: Tổng quan về về động cơ Ecoboost

- Chương 2: Các hệ thống cải tiến trên động cơ Ecoboost

- Chương 3: Chẩn đoán hư hỏng cơ khí trên động cơ Ecoboost

- Kết luận

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI MỞ ĐẦU ii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ECOBOOST 1

1 Giới thiệu 1

2 Quá trình phát triển của công nghệ EcoBoost 1

3 Phương án kỹ thuật của Ecoboost 6

4 Những ưu điểm vượt trội trên Ecoboost 7

5 Công nghệ EcoBoost trong tương lai 9

2 Thông số và vị trí các chi tiết trên động cơ Ecoboost 10

2.1 Các thông số trên động cơ 10

2.2 Vị trí các chi tiết trên động cơ 11

CHƯƠNG 2: CÁC HỆ THỐNG CẢI TIẾN TRÊN ĐỘNG CƠ ECOBOOST 12

1 Hệ thống phun xăng trực tiếp 12

1.1 Khái quát hệ thống 12

1.2 Cấu tạo của hệ thống 12

1.2.1 Hệ thống áp suất thấp 12

1.2.2 Hệ thống áp suất cao 16

1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng trực tiếp 24

2 Hệ thống TI-VCT (Twin Independent Variable Camshaft Timing) 26

2.1 Khái quát hệ thống 26

2.2 Cấu tạo của hệ thống 27

2.2.1 Van solenoid điều chỉnh 27

2.2.2 Cụm VCT 30

2.3 Nguyên lý hoạt động 34

2.3.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 34

2.3.2 Tính toán góc điều chỉnh trục cam 35

3 Hệ thống đánh lửa 37

3.1 Tổng quan hệ thống đánh lửa 37

3.2 Cấu tạo hệ thốnglửa 37

3.2.1 Cuộn COP không tích hợp bộ truyền động 38

3.2.2 Cuộn đánh lửa có tích hợp bộ điều khiển 38

3.2.3 Cảm biến kích nổ Knock Sensor 39

3.3 Nguyên lí hoạt động 40

3.3.1 Tính toán góc đánh lửa 40

3.3.2 Điều khiển kích nổ 41

3.3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 42

4 Turbocharger 43

4.1 Tổng quan về turbocharger 43

4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của turbocharger 44

4.2.1 Cấu tạo 44

4.2.2 Nguyên lý hoạt động của turbocharger 45

4.2.3 Nguyên lý điều khiển áp suất tăng áp 46

4.2.4 Nguyên lý giảm áp suất khí nạp phía sau turbin nạp 48

5 Bơm dầu biến thiên 51

5.1 Giới thiệu chung 51

5.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 51

5.2.1 Cấu tạo của bơm dầu 51

5.2.2 Nguyên lý hoạt động của bơm 52

6 Hệ thống điều khiển công suất động cơ 55

6.1 Bộ điều khiển dẫn động bướm ga điện (TAC) 55

6.2 Bộ điều khiển bướm ga điện (ETC) 57

6.3 Hệ thống quản lý động cơ 58

6.3.1 Tính lưu lượng khí nạp 59

6.3.2 Điều chỉnh lượng khí nạp 62

6.3.3 Ngắt khí nạp ở chế độ không tải 63

6.3.4 Các chế độ phun xăng trực tiếp 63

6.3.4 Điều chỉnh lượng nhiên liệu 65

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG CƠ KHÍ TRÊN ĐỘNG CƠ ECOBOOST 69

1 Triệu chứng gây ra tiếng ồn trên động cơ 69

2 Triệu chứng gây ảnh hưởng hiệu suất động cơ: 73

3 Chẩn đoán và kiểm tra turbocharger 75

3.1 Các bộ phận có thể kiểm tra bằng mắt thường 75

3.2 Sơ đồ triệu chứng hư hỏng 76

3.3 Kiểm tra rò dầu phía trong Turbocharger 79

3.4 Kiểm tra quay tự do turbocharger 79

4 Chẩn đoán hệ thống nhiên liệu 79

KẾT LUẬN 86

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

PCM Powertrain control module Mô-đun kiểm soát hệ thống

truyền lực

FPCM Fuel Pump Control Module Bộ điều khiển bơm nhiên liệu

FRP Fuel Rail Pressure Áp suất nhiên liệu ở ống phân

phối

TI-VCT Twin Independent Variable

Camshaft Timing

Định thời trục cam biến thiên độc lập

IPS Intake Phase Shifting Hệ thống chuyển dịch pha nạp EGR exhaust gas recirculation hệ thống tuần hoàn khí thải VCT Variable Camshaft Timing Định thời trục cam biến thiên CMP Camshaft Position sensor Cảm biến vị trí trục cam

CKP CranKshaft Position sensor Cảm biến vị trí trục khuỷu COP

KS Knock Sensor Cảm biến kích nổ

TAC Electronic Throttle Actuator

Control

Bộ điều khiển dẫn động bướm

ga điện ETC Electronic Throttle Control Bộ điều khiển bướm ga điện

MAF Mass Air Flow Sensor cảm biến khối lượng dòng khí

IAT Intake Air Temperature cảm biến nhiệt độ không khí

and Temperature Sensor

cảm biến nhiệt độ và áp suất tuyệt đối

TP Throttle Position Sensor Cảm biến vị trí bướm ga

TWC Three Way Catalytic bộ chuyển đổi khí thải ba chiều SHRTFT Short term fuel trim Ngắt nhiên liệu ngắn hạng LONGFT Long term fuel trim Ngắt nhiên liệu dài hạn

GTDI Gasoline turbochaged direct

injection

Động cơ tăng Áp Phun Xăng Trực Tiếp

EVRV Electronic vacuum regulator

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ

Hình 1.1: Động cơ EcoBoost 3.5L của Lincoln MKS 1

Hình 1.2: Lincoln MKS 2

Hình 1.3: Ford EcoBoost 2.0L 3

Hình 1.4: Ford EcoBoost 1.6L 4

Hình 1.5: Mô men xoắn của động cơ EcoBoost 1.0 khi so với các loại động cơ 1.6L 4

Hình 1.6: Ford EcoSport được trang bị động cơ EcoBoost 1.0L 5

Hình 1.7: Phương án kỹ thuật của Ecoboost 6

Hình 1.8: Hướng phát triển trong tương lai của Ecoboost 9

Hình 1.9: Mặt trước động cơ Ecoboost 1.0L 11

Hình 2.1: Hệ thống áp thấp 12

Hình 2.2: Mạch điều khiển FPCM của PCM 13

Hình 2.3: Mạch điều khiển cảm biến áp suất nhiên liệu 14

Hình 2.4: Bơm nhiên liệu 14

Hình 2.5: Bơm nhiên liệu trong bình nhiên liệu 15

Hình 2.6: Mạch điều khiển bơm áp thấp 15

Hình 2.7: Vị trí các chi tiết trên hệ thống áp cao 16

Hình 2.8: Cấu tạo Bơm áp cao 18

Hình 2.9: Sơ đồ điều khiển quá trình mở van FMV 18

Hình 2.10: Sơ đồ điều khiển đóng van FMV 19

Hình 2.11: Mạch kích hoạt van FMV của PCM 19

Hình 2.12: Tín hiệu điện áp trong quá trình điều khiển van FMV 20

Hình 2.13: Mạch điều khiển cảm biến FRP của PCM 21

Hình 2.14: Kim phun bố trí trên thân máy 21

Hình 2.15: Kim phun nhiên liệu trực tiếp 22

Hình 2.16: Tín hiệu điện áp trong quá trình PCM điều khiển kim phun 23

Hình 2.17: Mạch điều khiển kim phun của PCM 24

Hình 2.18: Sơ đồ hoạt động của hệ thống nhiên liệu 25

Hình 2.19: Vị trí các chi tiết của hệ thống VCT trên động cơ 27

Hình 2.20: Vị trí van solenoid VCT trên động cơ 28

Hình 2.21: Cấu tạo của Van solenoid tích hợp điều khiển dầu 28

Hình 2.22: Điều khiển van solenoid VCT tích hợp điều khiển thủy lực 29

Hình 2.23: Cấu tạo cụm VCT 29

Hình 2.24: Bên trong Cụm VCT 30

Hình 2.25: Cụm VCT của cam nạp 30

Hình 2.26: Cụm VCT của cam xả 31

Hình 2.27: Các loại cảm biến trục cam 32

Hình 2.28: Mạch điều khiển cảm biến trục cam 32

Hình 2.29: Tín hiệu điện áp đầu ra từ cảm biến CKP 33

Hình 2.30: Cảm biến CKP cho ra tín hiệu điện áp 33

Hình 2.32: Sơ đồ điều khiển hệ thống VCT của PCM 34

Hình 2.33: Các giai đoạn điều khiển của hệ thống Ti-VCT 34

Hình 2.34: Cấu tạo của cuộn đánh lửa COP không tích hợp bộ điều khiển 38

Hình 2.35: Mạch điều khiển cuộn đánh lửa COP không tích hợp mạch điều khiển 38

Hình 2.37: Vị trí cảm biến kích nổ 39

Hình 2.39: So sánh tín hiệu điện áp của cảm biến kích nổ trong điều kiện hoạt động bình thường và khi kích nổ của động cơ 41

Hình 2.40: Sơ đồ mô tả hoạt động của hệ thống đánh lửa 42

Hình 2.41: Nhận và điều khiển xung đánh lửa của PCM 43

Hình 2.42: Các bộ phận của Turbocharger 44

Hình 2.43: Các chi tiết của turbocharger 44

Hình 2.44: Bộ làm mát khí nén (CAC: charge air cooler) 45

Hình 2.45: Nguyên lý hoạt động của turbocharger 45

Hình 2.46: Các bộ phận điều khiển áp suất tăng áp 46

Hình 2.48: Trạng thái cửa xả 47

Hình 2.49: Sơ đồ điều khiển áp suất tăng áp 47

Hình 2.50: Sơ đồ điều khiển van EVRV 48

Hình 2.52: Vị trí van rẽ và van điện từ 49

Hình 2.53: Cấu tạo van điện từ 49

Hình 2.54: Sơ đồ điều khiển van rẽ 50

Hình 2.55: Sơ đồ điều khiển van điều khiển van rẽ 50

Hình 2.56: Vị trí bơm dầu trên động cơ 51

Hình 2.57: Cấu tạo bơm dầu 52

Hình 2.58: Sơ đồ hoạt động của bơm lúc van solenoid đóng 53

Hình 2.59: Sơ đồ hoạt động của bơm lúc van solenoid mở 54

Hình 2.60: Bộ TAC 55

Hình 2.61: Cấu tạo TAC 55

Hình 2.62: Sơ đồ điều khiển motor điện TAC 56

Hình 2.63: Sơ đồ điều khiển bướm ga điện 57

Hình 2.64: Chiến lược điều khiển động cơ của PCM 58

Hình 2.65: Hiệu ứng khí nạp điền đầy 60

Hình 2.66: Hiệu ứng làm cạn khí nạp 61

Hình 2.67: Sơ đồ tính toán khối lượng khí nạp bằng cảm biến MAP 61

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ECOBOOST

1 Giới thiệu

Với sự phát triển không ngừng nghỉ cùng với những đột phá vượt bậc trong lĩnh vực công nghệ chế tạo động cơ đốt trong Đồng thời với những yêu cầu khắt khe về khí thải để đảm bảo vấn đề môi trường Từ đó yêu cầu làm sao phải chế tạo ra một mẫu động cơ vừa có khả năng tiết kiệm nhiên liệu, lại vừa cho ra công suất mạnh mẽ để đáp ứng trãi nghiệm lái tuyệt vời Và các kỹ sư của Ford đã làm được điều đó Họ đã cho ra đời mẫu động cơ Ecoboost, đặc biệt là phiên bản động cơ Ecoboost 1.0L 3 xi lanh

2 Quá trình phát triển của công nghệ EcoBoost

EcoBoost là dòng động cơ tăng áp, phun nhiên liệu trực tiếp, được Ford phát triển

cách đây 10 năm, với mục tiêu tạo ra một thế hệ động cơ mới, cùng một lúc đạt được 3 yếu tố: giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm mức độ phát thải khí ô nhiễm trong khi vẫn giữ vững sức mạnh của động cơ Đây không phải là một công nghệ “diễu võ dương oai”, chứng minh khả năng công nghệ hay áp dụng giới hạn trên một số mẫu xe đặc biệt, mà

theo chiến lược dài hạn của Ford thì động cơ EcoBoost sẽ được áp dụng đại trà trên tất

cả các dòng xe của mình từ đây đến năm 2020

Ban đầu, Ford phát triển công nghệ động cơ này dựa trên nền tảng là động cơ Duratec V6 dung tích 3.5 lít, bởi vào thời điểm năm 2007, việc trang bị bộ turbo tăng áp kép trên các loại động cơ dung tích bé vẫn còn là chuyện không đơn giản

Hình 1.1: Động cơ EcoBoost 3.5L của Lincoln MKS

Đầu năm 2007, tại Triển lãm ô tô Bắc Mỹ, chiếc Lincoln MKR concept được trưng bày với quả tim là loại động cơ V6 3.5L tăng áp kép, có tên tạm gọi là TwinForce Cũng tại triển lãm này một năm sau đó, công nghệ động cơ mới của Ford được giới thiệu một lần nữa và chính thức mang tên EcoBoost

Giữa năm 2009, Ford tung ra thị trường Bắc Mỹ mẫu xe Lincoln MKS, trang bị

động cơ V6 EcoBoost 3.5L Theo đại diện của Ford lúc ấy thì cỗ máy này có công suất

và mô-men xoắn tương đương các loại động cơ V8 4.0L, nhưng mức tiêu hao nhiên liệu

chỉ ngang với 1 loại động cơ V6 thông thường EcoBoost V6 lúc ấy tạo ra công suất cực

đại 340 mã lực và mô-men xoắn tối đa lên đến 460Nm, khiến cho Lincoln MKS trở thành một trong những chiếc xe sang dẫn động 4 bánh mạnh mẽ và tiết kiệm nhiên liệu nhất ở thị trường Mỹ

Hình 1.2: Lincoln MKS

Không chỉ thành công qua doanh số, từ khi được giới thiệu, EcoBoost của Ford

cũng là một chủ đề được giới công nghệ bàn tán rôm rả, tại các cuộc triển lãm ô tô cũng như trên một loạt các kênh truyền thông Theo số liệu của Ford thì công nghệ động cơ này giúp các mẫu xe của họ tiết kiệm được 20% lượng nhiên liệu tiêu thụ, giảm 15% lượng phát thải CO2 khi so với các loại động cơ công suất tương đương nhưng có dung tích lớn hơn

Ngay sau khi hoàn thiện động cơ EcoBoost 3.5L, Ford đã nhanh chóng triển khai

ứng dụng công nghệ này trên các dòng động cơ dung tích bé hơn, đây cũng là một phần của kế hoạch đã được vạch ra từ đầu

Tháng 9 năm 2009, tại Triển lãm ô tô Frankfurt, Ford đã xác nhận sẽ áp dụng công

nghệ EcoBoost vào hai dòng động cơ 4 xi-lanh có kích cỡ dung tích 2.0L và 1.6L

Hình 1.3: Ford EcoBoost 2.0L

Giữa năm 2010, phiên bản EcoBoost 2.0L với công suất cực đại 240 mã lực và

mô-men xoắn cực đại 366Nm, chính thức được công bố cùng với chiếc Ford Explorer

So sánh về sức mạnh, EcoBoost 2.0 mặc dù có công suất và mô-men xoắn tương đương

với các dòng động cơ V6 3.5 của các đối thủ, nhưng mức tiêu hao nhiên liệu lại thấp hơn tới 30% Thậm chí, kết quả kiểm tra cho thấy, khi đặt cạnh động cơ V6 4.0L của chiếc Ford Explorer 2010, động cơ mới của Ford còn nhỉnh hơn về mô-men

xoắn EcoBoost 2.0L trong 2 năm sau đó liên tục được điểm tên trong danh sách 10 động

cơ tốt nhất năm do WardsAuto World bình chọn

Ông Drew Winter, Tổng biên tập của WardsAuto lúc ấy cho biết: “Hiện nay có rất nhiều dòng động cơ turbo 2.0 trên thị trường Tuy nhiên, loại ấn tượng nhất đối với chúng tôi trong năm nay chính là EcoBoost Cỗ máy này rất thú vị khi được trang bị trên một mẫu xe thể thao như Focus ST, nhưng cũng gây ngạc nhiên lớn cho chúng tôi khi được lắp trên mẫu sedan Taurus Ngay cả khi chạy với tải nặng, động cơ luôn tạo ra sức mạnh cần thiết, trong khi lại tiết kiệm nhiên liệu hơn nhiều so với động cơ V6.”

Không lâu sau đó, cuối năm 2010, phiên bản 1.6L của EcoBoost cũng được giới

thiệu, và Ford đã gọi động cơ mới này là “Hero” Tương tự như các phiên bản 3.5 và 2.0

trước đó, về mặt sức mạnh, với công suất cực đại 180 mã lực, EcoBoost 1.6 cũng bỏ xa

các đối thủ cùng dung tích, xếp ngang ngửa, thậm chí vượt trội các động cơ 2.0 thông thường, trong khi tiết kiệm nhiên liệu tới hơn 20%

Hình 1.4: Ford EcoBoost 1.6L

Mặc dù thành công ngoài mong đợi, và Ford gần như cũng đã đặt cược tương lai của tập đoàn hoàn toàn vào công nghệ động cơ này Tuy nhiên, thành tích của 3 phiên bản nói trên vẫn chưa là gì so với đàn em EcoBoost 1.0L

Cuối năm 2011, phiên bản EcoBoost dung tích bé nhất với 1.0L chính thức được giới thiệu Dung tích “tí hon” và chỉ có 3 xi-lanh, nhưng "Baby" EcoBoost của Ford lại cho công suất cực đại lên tới 125 mã lực và mô-men xoắn cực đại 170Nm Đây cũng là dòng động cơ 3 xi lanh đầu tiên trong lịch sử của Ford

Hình 1.5: Mô men xoắn của động cơ EcoBoost 1.0 khi so với các loại động cơ 1.6L

Nếu so sánh về sức mạnh, thì EcoBoost 1.0L thậm chí còn qua mặt nhiều dòng động cơ 1.6L thông thường hiện nay Tuy nhiên, điều mà giới công nghệ ngạc nhiên là

làm cách nào Ford có thể thiết kế được hệ thống tăng áp nhỏ gọn và hiệu quả trên một

cỗ máy dung tích thực tế chỉ 999cc

Xu hướng thị trường ngày càng ưa chuộng các loại động cơ dung tích bé, tiết kiệm nhiên liệu trang bị trên các mẫu xe cỡ nhỏ, đã vẽ ra một tương lai rất tươi sáng

cho EcoBoost 1.0 Và trong cả 2 năm 2012-2013, EcoBoost 1.0L đã liên tục giành giải

International Engine of the Year (Động cơ quốc tế của năm)

Riêng năm 2013, để giành được giải thưởng này, Ford EcoBoost 1.0L (479 điểm)

đã phải vượt qua các tên tuổi hàng đầu của ngành công nghiệp ô tô như động cơ tăng áp kép TSI 1.4L của Volkswagen (408 điểm), BMW 2-litre twin-turbo (247 điểm), Porsche 2.7-litre DI (245 điểm), Ferrari 6.3-litre V12 (233 điểm)…

Điểm ấn tượng của EcoBoost 1.0 là mặc dù dung tích chỉ 999cc, nhưng nhờ công

suất lớn, loại động cơ này biến những chiếc xe nhỏ như Fiesta trở nên rất mạnh mẽ, đồng thời khiến cho những chiếc xe kích thước lớn hơn như Ford C-Max, B-Max và Focus

trở nên tiết kiệm nhiên liệu hơn EcoBoost 1.0 có thể phù hợp một cách hoàn hảo với

nhiều dòng xe như vậy

Với sự xuất hiện của EcoBoost 1.0, sản lượng kỳ vọng đối với công

nghệ EcoBoost của Ford đã bị phá vỡ Trước đó hãng xe Mỹ dự kiến có thể sản xuất

khoảng 1,3 triệu động cơ EcoBoost tính đến hết năm 2013, tuy nhiên đến tháng 9 năm

2013, Ford đã cán mốc 2 triệu chiếc

Hình 1.6: Ford EcoSport được trang bị động cơ EcoBoost 1.0L

Động cơ EcoBoost không chỉ dừng lại ở 4 phiên bản 3.5, 2.0, 1.6 và 1.0 Tháng 4

năm 2013, Ford cũng đã xác nhận rằng họ sẽ bổ sung thêm loại dung tích 1.5L vào dòng

động cơ EcoBoost, nâng tổng số các phiên bản EcoBoost lên con số 5 Đến tháng 3/2014,

Ford lại công bố đầu tư số tiền 500 triệu USD vào nhà máy ở Ohio để sản xuất động

cơ EcoBoost 2.7L cho dòng xe F-150 Trước đó, phiên bản EcoBoost 2.3L cũng đã được

Ford đưa vào kế hoạch sản xuất để trang bị cho Ford Mustang 2015 Như vậy, Ford gần như đã lấp kín các cỡ dung tích động cơ của mình bằng công nghệ EcoBoost

Đến lúc này, nhiều người đã không còn lưỡng lự khi cho rằng, EcoBoost là công

nghệ thế kỷ của Ford Ý nghĩa của EcoBoost đối với Ford có thể được ví như mẫu xe Model T cách mạng của hãng này cách đây hơn 100 năm Bởi trong suốt hơn 100 năm qua, công nghệ động cơ của Ford chưa bao giờ có bước tiến ngoạn mục và triệt để như vậy

3 Phương án kỹ thuật của Ecoboost

Hình 1.7: Phương án kỹ thuật của Ecoboost

Trước khi quyết định lựa chọn hướng đi này, đội ngũ kỹ sư của Ford đã vẽ ra các phương án kỹ thuật khả dĩ nhất Theo đó, với một loại động cơ DOHC 4 van, phun nhiên liệu gián tiếp và nạp hút thông thường, nếu áp dụng thêm kỹ thuật thay đổi biến thiên thời gian đóng mở van thì mức độ tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải CO2 có cải thiện nhưng chưa đáng kể Áp dụng thêm công nghệ phun nhiên liệu trực tiếp, mức tiêu hao nhiên liệu và lượng CO2 giảm nhưng vẫn chưa triệt để Tới đây, nếu tiếp tục cải thiện bằng kỹ thuật thay đổi biến thiên độ mở van thì tốc độ cải thiện hai yếu tố nói trên vẫn chậm Phương án cuối cùng mà đội ngũ kỹ thuật Ford và đối tác FEV engineering lựa chọn là phải tăng áp, kết hợp với việc giảm kích thước và dung tích động cơ Đến nay, hướng đi này đã được chứng minh là đúng Giảm kích thước cộng với tăng áp (boost)

để tiết kiệm nhiên liệu thân thiện với môi trường (eco-) cũng là lý do mà Ford gọi dòng động cơ mới của mình là EcoBoost

Sức mạnh mà động cơ EcoBoost 1.0 tạo ra ấn tượng như vậy, nhưng mức tiêu hao nhiên liệu cũng ấn tượng không kém Ngay cả khi được trang bị trên mẫu xe Ford Focus, EcoBoost 1.0 cũng chỉ tốn 5lít/100km, và lượng khí thải CO2 cũng hạ xuống còn 114g/km, tức giảm 22g/km khi so với Focus phiên bản động cơ 1.6 không tăng áp trước

đó Còn nếu trang bị trên mẫu xe nhỏ hơn là Fiesta, mức tiêu hao nhiên liệu trung bình

của động cơ EcoBoost theo công bố của Ford là dưới 4,9L/100km

Nói về độ nhỏ gọn, cụm 3 xi lanh bằng gang đúc của EcoBoost 1.0 có kích thước

2 chiều dài và cao chỉ tương đương một tờ giấy A4 (21x30cm) Trong đó, vách ngăn cách giữa 2 xi-lanh chỉ là 6,1mm, điều này khiến cho quá trình gia nhiệt động cơ để đạt đến nhiệt độ hoạt động lý tưởng từ trạng thái nguội ban đầu diễn ra nhanh hơn, góp phần giảm hao phí năng lượng trong giai đoạn đầu Với các loại động cơ xăng thông thường, thất thoát năng lượng trong giai đoạn này vào khoảng 10-12%, tuy nhiên với EcoBoost là chỉ 7%

4 Những ưu điểm vượt trội trên Ecoboost

Động cơ Ecoboost 1.0L được cho là đã tạo ra một cuộc cách mạng của động cơ ô

tô toàn cầu, thay đổi quan niệm truyền thống về tỷ lệ thuận giữa dung tích động cơ và công suât Động cơ càng lớn, công suất càng cao Động cơ Ecoboost 1.0L đã chứng minh điều ngược lại Tuy nhỏ bé, nhưng nó có thể cho ra công suất tương đương, hoặc thậm chí lớn hơn cả những mẫu động cơ cồng kềnh trên thị trường

Tại sao động cơ Ecoboost 1.0L có kích thước nhỏ bé, tiết kiệm nhiên liệu như vậy nhưng vẫn sản sinh ra cộng suất lơn đến như thế? Và sau đây là những lý do giúp Ecoboost 1.0L làm được những điều đó:

là một trong những động cơ nhỏ nhất và nhẹ nhất so với các động cơ khác cùng dung tích ở thời điểm hiện tại Đây là một đặc điểm giúp Ford giảm thiểu chi phí và thời gian sản xuất đồng thời cũng làm giảm mức tiêu hao nhiên liệu do khối lượng của động cơ đã giảm xuống một cách đáng kể

này không chỉ giúp các chi tiết trong động cơ có độ chính xác cao hơn mà còn khiến

quá trình làm nóng diễn ra nhanh hơn, giúp giảm hao phí nhiên liệu so với lốc động

cơ nhôm truyền thống

bên trong xy-lanh như vỏ pít-tông được tráng một lớp vật liệu đặc biệt có độ ma sát cực thấp tạo ra ít tiếng ồn hơn cũng như hạn chế tối đa rung lắc trong động cơ Xec-măng được lắp lỏng trong rãnh nên có thể tự xoay để giảm thiểu lực ma sát bên trong xy-lanh một cách tối đa

kim phun được đặt trực tiếp vào chính giữa phần đầu của xy-lanh, làm tăng khả năng hòa trộn giữa không khí và xăng, giúp quá trình đốt cháy nhiên liệu diễn ra hiệu quả hơn

năng hoạt động ở vòng tua rất cao lên đến 248.000 vòng/phút Kết hợp với công nghệ điều khiển van biến thiên theo thời gian, động cơ EcoBoost có thể đạt được công suất và mô-men xoắn cực đại ở vòng tua thấp, điều này giúp giảm thiểu độ trễ

và đáp ứng tối đa cho quá trình tăng tốc của chiếc xe

Ti-VCT với hai trạng thái độc lập Hệ thống này sử dụng trục cam kép DOHC với một trục dẫn động các van nạp và trục còn lại dẫn động các van xả Trong quá trình vận hành, bộ điều khiển trung tâm (ECU) sẽ điều khiển hệ thống van dựa trên tác động vào dòng dầu áp suất cao nhằm làm xoay trục cam một góc nhỏ hơn so với vị trí ban đầu, từ đó thay đổi thời điểm đóng/mở của các van nạp/van xả Hai trục cam này được điều khiển một cách độc lập với nhau giúp tối ưu hóa thời điểm đóng/mở của các van xả cũng như van nạp Điều này sẽ giúp động cơ giảm thiểu lượng tiêu thụ nhiên liệu và khí thải độc hại mà vẫn không ảnh hưởng đến hiệu suất của động

cơ

vào chế động hoạt động của động cơ Tránh tổn hao công suất không cần thiết giúp động cơ tiết kiệm nhiên liệu hơn mà vẫn đảm bảo bôi trơn cho động cơ

đỉnh xy-lanh, giúp nhiệt độ khí xả luôn luôn hạ thấp ngay cả khi động cơ chạy ở vận

tốc cao Thiết kế mới này không chỉ giúp động cơ chạy được ở dải tốc độ rộng hơn với tỉ lệ không khí/nhiên liệu tối ưu mà còn góp phần giảm trọng lượng, giảm tiêu hao nhiên liệu và cho phép động cơ vận hành êm ái hơn

giúp cho động cơ khởi động nhanh hơn, giảm thiểu ma sát bên trong động cơ cũng như tiêu hao ít nhiên liệu và thải ít khí CO2 hơn khi động cơ hoạt động ở điều kiện nhiệt độ môi trường xuống thấp

bởi xích cam nhúng hoàn toàn trong dầu bôi trơn Thiết kế này tạo ra ít tiếng ồn, giảm thiểu mức ma sát và góp phần tiết kiệm nhiên liệu hơn

Và có một sự thật thú vị chắc hẳn ai cũng sẽ ngạc nhiên khi biết rằng động cơ

EcoBoost 1.0L 3 xy-lanh của hãng có thể gắn được trên chiếc xe đua Formula Ford và hoàn thành một vòng tại đường đua danh tiếng Nurburgring trong thời gian chỉ 7 phút

22 giây - xếp thứ 11 trong số những chiếc xe có thể hoàn thành đường đua này nhanh nhất, nhanh hơn cả những siêu xe đình đám như Ferrari Enzo, Lamborghini Aventador

và Pagani Zonda Điều đó càng chứng tỏ được động cơ Ecoboost xứng đáng với những danh hiệu được dành cho nó

5 Công nghệ EcoBoost trong tương lai

Hình 1.8: Hướng phát triển trong tương lai của Ecoboost

Hiện tại, đội ngũ kỹ sư của Ford cũng đang lên kế hoạch về các kỹ thuật mới, để

cải tiến cho các thế hệ EcoBoost tiếp theo Với kế hoạch này, công nghệ EcoBoost sắp

tới có thể sẽ được thực hiện theo hướng: tiếp tục tăng áp suất nạp, sử dụng bộ turbo hiệu

quả hơn, giảm hiện tượng kích nổ, sử dụng hệ thống luân hồi khí thải, và ứng dụng turbo nhiều giai đoạn… Kế hoạch cải tiến này sẽ được thực hiện theo hai giai đoạn 2014-2016

và 2017-2020

Trong tương lai, sẽ là rất thú vị nếu có một động cơ EcoBoost ra đời với dung tích 0.8 nhưng công suất lại 120 mã lực, hay động cơ EcoBoost 1.0 có công suất tăng lên

140 mã lực trong khi mức tiêu hao nhiên liệu không đổi hoặc giảm thêm

2 Thông số và vị trí các chi tiết trên động cơ Ecoboost

2.1 Các thông số trên động cơ

Tốc độ tối đa cho phép của

động cơ (ngắt quãng) 6675 vòng/phút 6675 vòng/phút

Lượng tiêu hao dầu bôi trơn tối

2.2 Vị trí các chi tiết trên động cơ

1 Bướm ga điện; 2 Thước thăm

4.Turbocharger; 5.Bơm nước; 6.Solenoid định thời cam xả; 7.Solenoid định thời cam nạp

Hình 1.9: Mặt trước động cơ Ecoboost

1.0L

1.Bơm chân không; 2.Ống phân phối nhiên liệu; 3.Cảm biến vị trí trục cam xả; 4.Cảm biến áp suất nhiên liệu; 5.Cảm biến vị trí trục cam nạp; 6.Cảm biến áp suất khí nạp; 7.Công tắc áp suất dầu máy; 8.Van điện khí; 9.Van điện từ điều khiển áp suất dầu; 10.Bơm áp suất cao; 11.Van hằng nhiệt; 12.Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 13.Van điện từ điều chỉnh

CHƯƠNG 2: CÁC HỆ THỐNG CẢI TIẾN TRÊN ĐỘNG CƠ

thất màng mỏng

Trên động cơ Ecoboost , hệ thống phun nhiên liệu là hệ thống phun trực tiếp vào trong buồng đốt, sẽ làm giảm tắc nghẽn dòng nhiên liệu Từ đó, làm giảm hiện tượng tổn thất màng mỏng Điều này làm cho việc tiêu thụ nhiên liệu và xả khí thải tốt hơn Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp giúp làm giảm nhiệt độ của buồng đốt Làm tăng được tỉ số nén của động cơ, tăng được hiệu suất động cơ Tuy nhiên, vì nhiên liệu không còn được đưa từ ống phân phối qua supap nạp vào trong buồng đốt, nên nó không thể vệ sinh miệng supap, làm cho muội than bám vào miệng của supap nạp Đặc biệt những lúc khởi động lạnh thì vấn đề này càng trở nên tồi tệ khi cần một lượng nhiên liệu lớn để khởi động động cơ

1.2 Cấu tạo của hệ thống

Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp bao gồm các hệ thống sau

1.2.1 Hệ thống áp suất thấp

Hình 2.1: Hệ thống áp thấp

1 FPCM - Bộ điều khiển bơm nhiên liệu; 2 Bơm nhiên liệu; 3.Ống nhiên liệu; 4.Cảm biến áp suất nhiên liệu (Hệ thống áp suất thấp)

a Bộ điều khiển bơm nhiên liệu FPCM

Bộ điều khiển bơm nhiên liệu FPCM ( Fuel Pump Control Module) có nhiệm vụ điều khiển tốc độ hoạt động của bơm điện Việc bố trí FPCM phải dựa trên chủng loại, nhưng đa phần là được gắn gần với bình nhiên liệu của xe

PCM điều khiển hoạt động của FPCM

Hình 2.2: Mạch điều khiển FPCM của PCM

FPCM nhận tín hiệu xung từ PCM trên mạch FPC ( Fuel Pump Command) PCM yêu cầu tốc độ thấp hoặc cao của bơm dựa trên nhu cầu về nhiên liệu của động cơ FPCM điều khiển bơm nhiên liệu bằng cách sử dụng một tín hiệu xung trên mạch FP PWR ( Fuel Pum Power ) thay đổi trong quá trình làm việc

b Cảm biến áp suất nhiên liệu trên hệ thống áp thấp

Cảm biến áp suất nhiên liệu trên có nhiệm vụ đo giá trị áp suất nhiên liệu trong hệ thống nhiên liệu áp thấp Cảm biến áp suất nhiên liệu được gắn trên đường nhiên liệu sau bơm áp cao

Thông tin từ cảm biến áp suất nhiên liệu được sử dụng để PCM giám sát đầu ra của nhiên liệu từ bơm nhiên liệu điện PCM sử dụng tín hiệu cảm biến áp suất nhiên liệu để xác định xem hệ thống nhiên liệu áp thấp hoạt động có chính xác hay không

Cảm biến áp suất nhiên liệu cho ra một điện áp biểu thị cho áp suất nhiên liệu của hệ thống Nếu áp suất cao thì dòng cho ra sẽ cao và ngược lại

PCM cung cấp một dòng 5V từ chân VREF và một dòng tham chiếu (SIGRTN) đến cảm biến nhiên liệu Đầu ra của cảm biến nhiên liệu là tín hiệu điện áp tương ứng với áp suất của hệ thống nhiên liệu áp thấp trên mạch Fuel Line Pressure (FLP) đến PCM

Hình 2.3: Mạch điều khiển cảm biến áp suất nhiên liệu

c Bơm nhiên liệu điện áp thấp

Với hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp, bơm nhiên liệu điện trong hệ thống áp thấp có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu với áp suất thấp đến bơm nhiên liệu áp suất cao

Hình 2.4: Bơm nhiên liệu

Đối với bơm nhiên liệu điện trong hệ thống phun xăng trực tiếp, lưu lượng và áp suất dòng nhiên liệu trong hệ thống có thể đạt:

- Tỉ lệ lưu lượng xấp xỉ khoảng 60l/h đến 250l/h

- Áp suất xấp xỉ trong hệ thống khoảng từ 3.5 bar đến 5.0 bar

Trên các dòng xe có cơ cấu truyền động như RWD , 4WD và AWD, bình nhiên liệu có thể có hình yên ngựa để có chỗ bố trí cho trục truyền động chính và hệ thống ống

xả

Hình 2.5: Bơm nhiên liệu trong bình nhiên liệu

Bơm nhiên liệu và một cảm biến mức nhiên liệu nằm bên phải bình nhiên liệu được kết nối với bên trái của bình nhiên liệu là 1 cảm biến mức nhiên liệu khác tích hợp với lọc nhiên liệu bằng một ống hút

Bơm nhiên liệu điện được tích hợp với một máy hút, máy hút này sẽ hút nhiên liệu

từ bên trái của bình nhiên liệu sang bên phải của bình nhiên liệu thông qua đường ống hút

d Quá trình điều khiển bơm nhiên liệu áp thấp của PCM

Hình 2.6: Mạch điều khiển bơm áp thấp

1 PCM điều khiển FPCM bằng cách truyền một tín hiệu xung

2 FPCM điều khiển bơm bằng cách truyền một tín hiệu xung

3 Tốc độ của bơm nhiên liệu thay đổi dựa trên tín hiệu xung suốt chu kỳ làm việc

a Bơm áp cao

Hình 2.7: Vị trí các chi tiết trên hệ thống áp cao

1 Bơm nhiên liệu áp suất cao; 2.Mấu cam; 3.Con đội cam; 4.Vòng chữ O;

5.Con đội bơm

Bơm nhiên liệu cao áp là bơm nhiên liệu xy lanh đơn được dẫn động bởi trục cam

động cơ

Tốc độ chảy trong ống phân phối nhiên liệu được điều chỉnh bằng van định lượng nhiên liệu Tốc độ chảy phụ thuộc vào tốc độ động cơ và điều chỉnh của van định lượng nhiên liệu

Bơm phun nhiên liệu dẫn động bởi động cơ làm tăng áp suất giàn phân phối nhiên liệu đến mức mong muốn để hỗ trợ yêu cầu phun nhiên liệu Không giống với hệ thống phun nhiên liệu của cổng thông thường, với hệ thống phun trực tiếp, áp suất giàn phân phối nhiên liệu mong muốn dao động rộng trong điều kiện vận hành Bơm nhận nhiên liệu từ cụm bơm nhiên liệu, tăng áp suất nhiên liệu từ khoảng 448 kPa (65 psi) lên mức

áp suất biến thiên tối đa là 15 MPa (2175 psi) và phân phối nhiên liệu đến giàn phân phối nhiên liệu Bơm phun nhiên liệu được dẫn động bằng thùy trục cam nạp chuyên dụng và nằm ở trên cùng của động cơ

Bộ điều chỉnh dung tích nhiên liệu là van điện từ được gắn cố định vào cụm bơm PCM đặt lệnh bộ điều chỉnh dung tích nhiên liệu đo dung tích nhiên liệu được chỉ định với từng kỳ bơm PCM điều tiết dung tích nhiên liệu đi vào giàn phân phối để đạt được

áp suất giàn phân phối nhiên liệu mong muốn

Điều khiển bộ điều chỉnh dung tích nhiên liệu đồng bộ với vị trí cam nơi gắn bơm Điều khiển bộ điều chỉnh dung tích nhiên liệu tính đến trường hợp pha trục cam thay đổi trong khi vận hành động cơ cho mục đích điều khiển van

Van định lượng nhiên liệu ( FMV - Fuel Metering Valve)

Van định lượng nhiên liệu điều khiển lưu lượng của đường áp thấp nhiên liệu để

đi đến bơm áp cao và vì vậy nhiên liệu được phân phối với áp suất cao đến ống phân phối

Van FMV được tích hợp trên bơm áp cao và không thể thay thế tách riêng được Lượng nhiên liệu áp cao được phân phối đến ống phân phối dựa trên tốc độ động

cơ và sự khởi động của van FMV PCM xác định áp suất nhiên liệu bằng cách điều khiển thời gian van solenoid FMV hoạt động

Piston Bơm nhiên liệu áp suất cao được điều khiển di chuyển lên xuống bằng moment của mấu cam nằm trên trục cam Piston của bơm di chuyển xuống suốt kì nạp đầy nhiên liệu Dòng nhiên liệu thông qua van nạp của van FMV vào trong buồng nén

Hình 2.8: Cấu tạo Bơm áp cao

Quá trình nạp đầy vào buồng áp cao xảy ra bằng 2 cách:

- Nhiên liệu được đưa vào buồng áp cao bằng quá trình hút khi piston bơm đi xuống

- Nhiên liệu được đẩy vào buồng áp cao bằng áp suất của hệ thống nhiên liệu áp thấp Trong kỳ cung cấp tiếp theo, đầu tiên van FMV tiếp tục mở sau điểm chết dưới của piston Nhiên liệu không được cho phép trở lại đường áp thấp

Hình 2.9: Sơ đồ điều khiển quá trình mở van FMV

Sau một thời gian định trước, Van FMV được kích hoạt bằng PCM và van FMV đóng lại, do đó việc cung cấp nhiên liệu từ mạch áp thấp được đóng lại Nhiên liệu trong buồng áp cao được nén xuyên suốt quá trình đi lên của piston bơm Miễn là áp suất trong buồng áp cao vượt quá áp suất trong ống phân phối, khi đó van đầu ra sẽ mở Nhiên liệu

lúc này được phân phối đến ống phân phối Sự kích hoạt của van FMV được chấm dứt sau thời gian xác định

Hình 2.10: Sơ đồ điều khiển đóng van FMV

Van nạp vẫn được đóng lại, ngay cả sau giai áp suất dòng giảm Điều này diễn ra bởi vì áp suất trong buồng áp cao cùng với lực lò so của van nạp đẩy ngược lại

Sự cung cấp từ dòng áp thấp vẫn được đóng lại Nhiên liệu tiếp tục được phân phối đến ống phân phối cho đến khi piston bơm dừng lại ở điểm chết trên và kì nạp bắt đầu

Áp suất trong buồng áp cao lại giảm :

- Van đầu ra đóng lại

- Van nạp mở ra

PCM kích hoạt van FMV bằng cách sử dụng 1 tín hiệu xung ( Peek and hold ) Van FMV là một thiết bị điện từ, sử dụng cuộn dây để kích hoạt một pitton đường nạp trong van PCM cung cấp đến 1 đầu của cuộn dây van FMV (FVR), và kích hoạt nó bằng cách nối với đầu còn lại (FVRRTN)

Hình 2.11: Mạch kích hoạt van FMV của PCM

Đầu tiên, PCM cung cấp dòng và sau đó truyền đến cuộn dây trong van FMV, dòng này đạt đến tối đa mặc dù nó cần một giai đoạn ngắn để mở van FMV nhanh PCM