MỤC LỤC

MỤC LỤC.................................................................................................... 1

LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................. 3

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU GDI............... 4

1.1 Khái quát chung về hệ thống nhiên liệu động cơ xăng............................. 4

1.1.1 Lịch sử ra đời của hệ thống phun xăng điện tử..................................... 4

1.1.2 Phân loại hệ thống phun xăng điện tử.................................................. 5

1.1.3 Cơ sở lí thuyết của hệ thống phun xăng trực tiếp................................. 5

1.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệucủa động cơ GDI........................................ 8

1.2.1 Yêu cầu của hệ thống cung cấp nhiên liệu............................................ 9

1.2.2 Yêu cầu của áp suất phun.................................................................... 9

1.2.3 Yêu cầu của kim phun........................................................................ 10

1.3 Quá trình hình thành hỗn hợp trong từng chế độ làm việc ở động cơ phun xăng trực tiếp............. 11

1.3.1 Đặc điểm hình thành hỗn hợp ở hệ thống nhiên liệu GDI.................. 11

1.3.2 Đặc tính tia phun và góc mở tia phun................................................ 12

1.4 So sánh động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu GDI với MPI.................. 15

Chương 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA MỘT SỐ CỤM CHI TIẾT, BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG GDI...... 19

2.1 Sơ lược về động cơ nghiên cứu.............................................................. 19

2.2. Cụm bơm, vòi phun và dàn phân phối................................................ 19

2.2.1Bơm chuyển nhiên liệu........................................................................ 19

2.2.2 Bơm cao áp........................................................................................ 21

2.2.3 Kim phun........................................................................................... 24

2.2.4 Ống phân phối và ổn định áp suất..................................................... 27

2.3 Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử kim phun......................................... 28

2.4 Các cảm biến hệ thống phun xăng 3S-FSE........................................... 29

2.4.1 Vị trí các cảm biến bố trí trên động cơ............................................... 29

2.4.2 Cảm biến lưu lượng khí nạp............................................................... 29

2.4.3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát........................................................ 30

2.4.4 Cảm biến vị trí bướm ga .................................................................... 32

2.4.5 Cảm biến Oxy.................................................................................... 34

2.4.6 Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston NE và G............................. 38

2.4.7 Cảm biến vị trí bàn đạp ga................................................................. 39

2.4.8 Cảm biến kích nổ............................................................................... 39

2.5ECU....................................................................................................... 41

2.6 Bộ khuếch đại điện áp EDU.................................................................. 41

2.7 Bộ xử lí................................................................................................. 42

2.8 Bộ xử lí tín hiệu vào.............................................................................. 42

2.9 Bộ vi xử lí............................................................................................. 43

2.10 Bộ kiểm tra hệ thống........................................................................... 43

2.11 Bộ nhớ đầu ra..................................................................................... 43

2.12 Các chức năng đầu ra.......................................................................... 44

Chương 3: BẢO DƯỠNG VÀ MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU GDI........48

3.1 Bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu.............................................................. 48

3.1.1 Bảo dưỡng thường xuyên................................................................... 48

3.1.2 Bảo dưỡng định kì.............................................................................. 51

3.2 Một số hư hỏng..................................................................................... 52

3.2.1 Động cơ chết máy............................................................................... 53

3.2.2 Động cơ khởi động kém..................................................................... 53

3.2.3 Chạy không tải không êm dịu............................................................ 57

KẾT LUẬN................................................................................................ 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................... 61

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ ô tô là một ngành khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chóng trên toàn cầu. Sự tiến bộ trong thiết kế, vật liệu và kỹ thuật sản xn anuất đã góp phần tạo ra những chiếc xe ô tô hiện đại với đầy đủ tiện nghi, tính an toàn cao, và đáp ứng được các yêu cầu về tiêu chuẩn môi trường.

Trong bối cảnh đó khí thải động cơ xăng là một trong những thủ phạm gây nên ô nhiễm môi trường.Trải qua các thời kỳ HTNL xăng không ngừng được cải tiến, với các giải pháp kỹ thuật tối ưu làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu. Các nhà động cơ Xăng đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm giới hạn các chất ô nhiễm. Vì vậy để đảm bảo đạt tiêu chuẩn về ô nhiểm môi trường, về tính năng hoạt động, các cải tiến liên quan đến động cơ cũng không kém phần quan trọng, đó là các hệ thống điều khiển động cơ bằng điện tử cho động cơ xăng đang được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới.

Vì vậy là một học viên ngành ô tô em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử kiểu GDI” làm đề tài tốt nghiệp chuyên ngành của mình. Rất mong với đề tài này em sẽ củng cố thêm được kiến thức của mình, sau này ra đơn vị công tác có thể nắm vững thêm kiến thức chuyên môn, góp phần vào sự phát triển chung của ngành Xe - Máy trong quân đội ta.

Bên cạnh đó em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo: ThS…………, người đã trực tiếp hướng dẫn em tận tình chu đáo trong quá trình hoàn thiện đồ án này. Ngoài ra em xin cảm ơn tất cả các thầy giáo trong khoa đã tạo điều kiện giúp em hoàn thành tốt nội dung đồ án này./.

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU GDI

1.1 Khái quát chung về hệ thống nhiên liệu động cơ xăng

1.1.1 Lịch sử ra đời của hệ thống phun xăng điện tử

Theo lịch sử, động cơ xăng 4 kỳ được ra đời vào những năm 1876, hỗn hợp của động cơ này được tao ra bời bộ chế hòa khí. Mãi đến những năm 1980, cùng với thành tựu to lớn của kỹ thuật điện tử - công nghệ thông tin, động cơ phun xăng xuất hiện vời phương pháp hình thành hỗn hợp mới, chuyển quá trình tạo hỗn hợp bằng phương pháp hiệu ứng Ventury trước đây sang phương pháp phun xăng trên đường ống nạp được điều khiển và định lượng chính xác bời cụm thiết bị điều khiển bằng điện tử. 

1.1.2 Phân loại hệ thống phun xăng điện tử

Việc ứng dụng kỹ thuật phun xăng điện tử đã khắc phục được những nhược điểm cơ bản của quá trình tạo hỗn hợp khí bằng bộ chế hoà khí cổ điển (hỗn hợp không đồng đều, tạo màng nhiên liệu…). 

1.1.3 Cơ sở lí thuyết của hệ thống phun xăng trực tiếp GDI

Sự tăng giá đột biến xăng dầu và tiêu chuẩn về khí thải động cơ ôtô ngày càng cao buộc các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu không ngừng tìm ra giải pháp nhằm tiết kiệm nhiên liệu cũng như giảm thiểu khí thải ở động cơ đốt trong.

- Những đặc tính kỹ thuật của động cơ GDI:

+ Đường ống nạp thẳng góc với pít tông, tạo được sự lưu thông của lưu lượng gió tối ưu nhất.

+ Hình dạng đỉnh pít tông lồi, lõm tạo thành buồng cháy tốt nhất, tạo được sự hòa trộn đều nhiên liệu và không khí.

1.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ GDI

Hệ thống nhiên liệu của động cơ GDI về cơ bản bao gồm: bơm tạo áp suất phun, hệ thống phân phối và ổn định áp suất (common rail), kim phun, hệ thống điều khiển phun, và một số thiết bị phụ khác như : thùng nhiên liệu, lọc, bơm chuyển tiếp nhiên liệu, van an toàn…

1.2.1 Yêu cầu của hệ thống nhiên liệu

Yêu cầu của hệ thống nhiên liệu là phải cung cấp nhiên liệu với lượng chính xác, khi nhiên liệu phun vào buồng đốt phải được bốc hơi nhanh chóng, vàhòa trộn đều khắp buồng đốt. 

1.2.2 Yêu cầu của áp suất phun

Để kim phun có thể phun vào buồng đốt vào kỳ nén thì áp suất nhiên liệu phải từ 4.0 MPà - 13.0 MPà (tuỳ từng loài động cơ).

1.3 Quá trình hình thành hỗn hợp trong từng chế độ làm việc ở động cơ phun xăng trực tiếp.

1.3.1 Đặc điểm hình thành hỗn hợp ở hệ thống nhiên liệu GDI

Hệ thống phun nhiên liệu hình thành hòa khí bên trong buồng đốt (phun nhiên liệu trực tiếp): hệ thống dùng các vòi phun riêng rẽ phun trực tiếp vào xylanh động cơ.

1.3.2 Đặc tính tia phun và góc mở tia phun

a) Đặc tính tia phun

Khác với tia phun của động cơ Diesel, tia phun của GDI chủ yếu tạo hỗn hợp (đồng nhất, phâ n lớp) chứ không tác động tạo tâm cháy cho hỗn hợp. Vì vậy, áp suất phun không cần cao chỉ đủ đưa nhiên liệu vào buồng đốt và bốc hơi.

c) Mối quan hệ giữa kim phun với bugi trong buồng đốt

- Bugi đặt thẳng đứng, kimphun đặt nghiêng. Trên đỉnh piston khoét lõm để dẫn hướng dòng khí và tạo xoáy lốc dòng khí.

- Bugiđặt thẳng đứng, kimphun đặt nghiêng, dòng khí xoáy lốc mạnh. Nhiên liệu cuộn mạnh trong đỉnh pít tông.

1.4 So sánh động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu GDI với động cơ MPI

- Lượng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ GDI thấp hơn khoảng 40% so với động cơ MPI có cùng kích cỡ.

- Tiêu thụ nhiên liệu khi chạy theo trớn

Chương 2

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA MỘT SỐ CỤM

CHI TIẾT, BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG GDI

2.1 Sơ lược về động cơ nghiên cứu

Trong quá trình nghiên cứu, tìm hiểu chi tiết về hệ thống nhiên liệu GDI nói chung, trong đề tài tôi xin giới thiệu cụ thể một động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu GDI để nghiên cứu, làm rõ.Ở chương này tôi xin giới thiệu động cơ 3S FSE, loại động cơ được lắp trên nhiều dòng xe của Toyota để đi sâu vào tìm hiểu.

2.2. Cụm bơm cao áp, bơm chuyển nhiên liệu

2.2.1 Bơm chuyển nhiên liệu

Bơm tiếp vận nhiên liệu gồm 2 loại chính:

- Kiểu cánh gạt

- Kiểu bi

2.2.2 Bơm cao áp

a) Cấu tạo

Gồm: trục dẫn động, lò xo hồi vị, piston nén, van một chiều, và một van điện điềuáp.

b) Nguyên lí hoạt động

Trục cam quay vấu cam tác dụng lên bệ trục dẫn làm cho  trục này  chuyển động lên  xuống kéo theo  chuyển độngcủa piston. Piston chuyển động xuống làm áp suất trong xylanh bơm giảm...

2.2.3 Kim phun

Vòi phun là một vòi hoạt động bằng điện từ, nó phun nhiên liệu phụ thuộc vào tín hiệu từ ECU. Vòi phun được lắp trực tiếp vào xi lanh buồng đốt và được bắt chặt vào ống phân phối.

2.2.4 Ống phân phối và ổn định áp suất nhiên liệu( commonrail ).

Để phun nhiên liệu vào buồng đốt, Toyota đã sử dụng hệ thống, Toyota đã sử dụng hệ thống Commonrail với áp suất từ 8 MPA đến 13 MPA.

2.3 Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử kim phun

ECU là trung tâm điều khiển của cả hệ thống nhiên GDI. ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến và các bộ phận khác. ECU tổng hợp các giá trị của các tín hiệu nhận được đó để tính toán sau đó gửi tín hiệu đến điều khiển các bộ phận chấp hành.

2.4 Các cảm biến hệ thống phun xăng 3S FSE

2.4.1 Vị trí các cảm biến bố trí trên động cơ

2.4.2 Cảm biến lưu lượng khí nạp

a) Cấu tạo

Cảm biến được bố trí trên ống góp nạp hoặc được nối đến ống góp nạp bởi một ống chânkhông.

b) Nguyên lí hoạt động

Tấm silicon (hay còn gọi là màng ngăn) dày ở hai mép ngoài và mỏng hơnở giữa. Một mặt của tấm silicon tiếp xúc với buồng chân không, mặt còn lại nốivới đường ống nạp.

2.4.4 Cảm biến vị trí bướm ga

Cảm biến vị trí bướm ga trong hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh (ETCS-i) có hai con trượt tiếp điểm và hai điện trở. Có hai tín hiệu là VTA vàVTA2.

2.4.5 Cảm biến ôxy

a) Cấu tạo

Loại cảm biến ôxy này có thời gian làm việc lâu nhất. Nó được làm từ Ziconia (ziconium dioxide), điện cực Platin, và phần tử nhiệt (bộ sấy_dùng sấy nóng phần tử Ziconia). 

b) Hoạt động

Khi có ít ôxy trong khí xả, sự khác nhau giữa lượng ôxy trong khí xả và lượng ôxy trong không khí lớn nên tạo ra một tín hiệu điện áp cao. 

2.4.6 Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí pit tông NE và G

a) Vị trí đặt cảm biến

Cảm biến vị trí trục cam: (tốc độ động cơ) một tín hiệu điện AC được tạo ra phù hợp với tốc độ trục cam. Khi trục cam quay nhanh hơnthì tần số AC được tạo ra cũng tăng. Công dụng của cảm biến này là để ECM xác định thời điểm đánh lửa và thời điềm phun.

2.4.7 Cảm biến vị trí bàn đạp ga

Cảm biến vị trí bàn đạp ga được bố trí trên thân bướm ga trong hệ thống ETCS-i. Cảm biến này chuyển đổi sự di chuyển và vị trí bàn đạp ga thành 2 tín hiệu điện. Xét về điện thì cảm biến vị trí bàn đạp ga hoạt động đồng nhất với cảm biến vị trí bướmga.

2.5 ECU

ECU là trung tâm của hệ thống nhiên liệu GDI trên động cơ 3S FSE. ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến và các bộ phận khác , tổng hợp các giá trị của các của các tín hiệu nhận được đó để tính toán sau đó gửi tín hiệu đến điều khiển cơ cấu chấp hành. ECU có chức năng kiểm tra chuẩn đoán hệ thống nhiên liệu GDI. 

2.7 Bộ xử lí

Căn cứ vào tín hiệu gởi về từ các cảm biến, hệ thống xử lý so sánh với các thông tin đã được lập trình sẵn trong bộ nhớ và xác định các thông số đầu ra để điều khiển các bộ phận chấp hành, đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu cho động cơ.

2.10 Bộ kiểm tra hệ thống

2.11 Bộ nhớ đầu ra

2.12 Các chức năng của đầu ra

Điều khiển phun nhiên liệu ECU

ECU sử dụng tín hiệu từ cảm biến tốc độ động cơ và tín hiệu từ cảm biến lượng khí nạp để tạo ra một tín hiệu phun cơ bản. Sau đó bằng các mạch hiệu chỉnh phun khác nhau, ECU hiệu chỉnh tín hiệu phun cơ bản phụ thuộc vào các tín hiệu từ từng cảm biến để xác định lượng phun thực tế. 

Chương 3

BẢO DƯỠNG VÀ MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU GDI

3.1 Bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu

Hệ thống cung cấp nhiên liệu  điều khiển bằng điện tử thông thường ít phải bảo dưỡng sửa chữa ngoài việc thay rửa các bầu lọc xăng.

3.1.1 Bảo dưỡng thường xuyên

a) Lọc nhiên liệu

Xăng trong bình có thể chứa một lượng chất bẩn và nước mà nếu để chúng đi đến chế hoà khí hay vòi phun chúng sẽ làm tắc và gây trục trặc cho động cơ.

Các thao tác chính:

- Mở nắp bình xăng

- Đặt khay hứng phía dưới lọc nhiêu liệu.

b) Lọc gió

Không khí hút vào động cơ có chứa bụi và các hạt khác có thể làm tắc lỗ của chế hoà khí, làm thành cylinder chóng mòn và dầu máy nhanh biến chất. Lọc gió giữ lại bụi và các hạt bẩn trong không khí, không cho chúng lọt vào chế hoà khí và cylinder động cơ.

c) Nắp thùng nhiên liệu, các đường ống dẫn, các cút nối, van kiểm soát hơi nhiên liệu

Trong thùng nhiên liệu có hơi nhiên liệu. Nếu nắp thùng đóng không kín, nhiên liệu hay hơi nhiên liệu có thể trào ra, làm ô nhiễm không khí.

d) Ống xả và giá treo

Ống xả và ống giảm thanh bị ăn mòn dần dần từ phía bên trong do tác động của hơi ẩm và khí sun-fít trong khí xả. Đăc biệt ở những xe liên tục chạy những quảng đường ngắn, nhiệt của bản thân ống xả không đủ làm hơi nước bay hơi, dẫn đến tăng tốc độ ăn mòn ống giảm thanh, hơi ẩm trong không khí cũng có thể gây ra ăn mòn mặt ngoài của những chi tiết này.

3.1.2 Bảo dưỡng định kì

a) Cấp một

Dùng mắt kiểm tra tình trạng các bộ phận thuộc hệ thống cung cấp nhiên liệu, độ kín khít các mối nối, và nếu cần thì khắc phục những hư hỏng. Kiểm tra sự làm việc của van tắt máy bằng điện mà dẫn động cơ cấu dẫn động bàn đạp  ga điều chỉnh lưu lượng nhiên liệu bằng máy chuẩn đoán.

b) Cấp hai

Kiểm tra độ kẹp chặt và độ kín khít của thùng chứa nhiên liệu, ống dẫn nhiên liệu, bơm cao áp, vòi phun, bầu lọc và cơ cấu dẫn động bơm.

3.2 Một số hư hỏng

3.2.1 Động cơ chết máy

3.2.2 Khởi động kém

3.2.3 Động cơ chạy không tải không êm dịu

KẾT LUẬN

Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp, dưới sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo trực tiếp hướng dẫn và sự chỉ bảo của các thầy giáo trong khoa ô tô, nay tôi đã cơ bản hoàn thành nhiệm vụ của đề tài được giao: “Nghiên cứu khai thác hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử kiểu GDI”.

Qua các nội dung đã được giải quyết trong đề tài ta thấy cầu xe ô tô quân sự có nhiều đặc điểm khác biệt so với các loại cầu xe của ô tô dân sự khác. Đồng thời nó rất thích nghi với điều kiện sử dụng trên ô tô quân sự kể cả trong huấn luyện thời bình và phù hợp khi thực hành chiến đấu.

Do thời gian nghiên cứu không nhiều, tài liệu nghiên cứu còn hạn chế, điều kiện tìm hiểu thực tế còn nhiều khó khăn cộng với hiểu biết của bản thân còn hạn chế, cho nên đồ án này không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp của các thầy giáo trong khoa.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

                                                                       TPHCM, Ngày … tháng … năm 20…

                                                                      Học viên thực hiện

                                                                     ………………

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Thượng tá, kỹ sư Nguyễn Khắc Chanh - Kết cấu ô tô (Tập 1), cấu tạo ô tô (tập 1, tập 2) - Trường Sĩ quan kỹ thuật Quân sự.

2. PGS.TS Đỗ Văn Dũng (2000) Trang bị điên và điện tử ô tô hiện đại, Đại học Sư phạm kĩ thuật thành phố Hồ Chí Minh.

3. Toyota 3S-FSE (1996-2000)

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"