MỤC LỤC

MỤC LỤC,,,1

LỜI CẢM ƠN.. 8

LỜI NÓI ĐẦU.. 9

MỞ ĐẦU.. 10

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU GDI 12

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của động cơ phun xăng trực tiếp. 12

1.1.1 Lịch sử phát triển của động cơ. 12

1.1.2 Phân loại hệ thống phun xăng điện tử. 13

1.1.3 Sự ra đời và phát triển động cơ phun xăng trực tiếp. 18

1.2 Công nghệ phun xăng điện tử GDI 20

1.2.1 Cơ sở lí thuyết của hệ thống phun xăng trực tiếp GDI 21

1.2.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ GDI 24

1.2.3  Quá trình hình thành hỗn hợp trong từng chế độ làm việc ở động cơ phun xăng trực tiếp  26

1.3 Nguyên lý hòa trộn tạo hỗn hợp hòa khí. 30

1.4 Ưu điểm của động cơ GDI so với các động cơ MPI 31

1.4.1 Kiểm soát khí thải 32

1.4.2 Nâng cao hiệu suất động cơ. 32

1.4.3 Sự tiêu hao nhiên liệu. 34

CHƯƠNG 2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA CÁC CƠ CẤU TRONG HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ GDI 37

2.1 Sơ lược về động cơ 3S-FSE sử dụng hệ thống GDI 37

2.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu. 37

2.2.1 Bơm chuyển tiếp nhiên liệu. 37

2.2.2 Bơm cao áp. 39

2.2.3 Kim phun. 41

2.2.4 Ống phân phối và ổn định áp suất nhiên liệu. 43

2.2.5 Hệ thống luân hồi khí thải EGR.. 44

2.3 Hệ thống cảm biến. 45

2.3.1 Vị trí các cảm biến bố trí trên động cơ. 45

2.3.2 Cảm biến áp suất đường ống nạp ( MAP) 45

2.3.3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 47

2.3.4 Cảm biến vị trí bướm ga. 48

2.3.5 Cảm biến ôxy. 50

2.3.6 Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí pit tông NE và G.. 52

2.3.7 Cảm biến vị trí bàn đạp ga. 54

2.3.8 Cảm biến kích nổ. 54

2.4 Hệ thống điều khiển điện tử nhiên liệu. 56

2.4.1 ECU.. 56

2.4.2 Bộ khuếch đại điện áp EDU.. 56

2.4.3 Bộ xử lí 57

2.4.4 Bộ xử lí tín hiệu vào. 57

2.4.5 Bộ vi xử lí 58

2.5 Cơ cấu chấp hành. 59

2.5.1 Điều khiển kim phun. 59

2.5.2 Điều khiển đánh lửa. 63

CHƯƠNG 3. BẢO DƯỠNG VÀ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG CỦA MỘT SỐ CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ GDI…66

3.1 Bảo dưỡng thường xuyên. 66

3.1.1 Lọc nhiên liệu. 66

3.1.2 Lọc gió. 67

3.1.3 Nắp thùng nhiên liệu, các đường ống dẫn, các cút nối, van kiểm soát hơi nhiên liệu  67

3.1.4 Ống xả và giá treo. 68

3.1.5 Kiểm tra hoạt động của bơm xăng. 68

3.1.6 Kiểm tra áp suất nhiên liệu. 69

3.1.7 Kiểm tra điện trở kim phun. 70

3.1.8 Kiểm tra áp suất bơm cao áp. 70

3.1.9 Kiểm tra của van EGR.. 71

3.2 Một số hư hỏng khi sử dụng. 73

3.2.1 Động cơ chết máy. 73

3.2.2 Khởi động kém.. 74

3.2.3 Động cơ chạy không tải không êm dịu. 76

3.3 Hệ thống chẩn đoán OBD II 78

3.3.1 Mô tả. 78

3.3.2 Kiểm tra đèn báo hiệu: 79

3.3.3 Phát hiện mã lỗi (test mode) 79

CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ADOBE FLASH CS6 MÔ PHỎNG VÀ XÂY DỰNG TÀI LIỆU ĐIỆN TỬ VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ GDI 84

4.1 Giới thiệu về phần mềm Adobe Flash CS6. 84

4.1.1 Lịch sử ra đời của Flash. 84

4.1.2 Phần mềm ADOBE FLASH CS6. 85

4.2 Hướng dẫn sử dụng. 85

4.2.1 Khởi động chương trình. 85

4.2.2 Các vùng trên giao diện. 87

4.2.3 Các công cụ cơ bản trên giao diện Flash. 88

4.2.4 Xây dựng tài liệu điện tử và mô phỏng hoạt động của hệ thống. 90

KẾT LUẬN.. 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 98

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 sản xuất 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. 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. Với lịch sử phát triển của động cơ thì động cơ phun xăng trực tiếp với công nghệ GDI đang là công nghệ hiện đại nhất hiện nay vừa nâng cao hiệu xuất của động cơ tiết kiệm nhiên liệu và đạt tiêu chuẩn của môi trường.

Vì vậy là một học viên ngành ô tô tôi quyết định chọn đề tài “ Nghiên cứu, khai thác 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.

Tôi 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 cùng với cán bộ quản lý đã tạo điều kiện giúp em hoàn thành tốt nội dung đồ án này./.

Em xin chân thành cảm ơn!

                                                                                                             Tp. Hồ Chí Minh, ngày     tháng …năm 20…

                                                                                                         Học viên thực hiện:

                                                                                                           ………………..

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Qua thời gian thực tập và trong quá trình học tập tại trường nhờ sự định hướng của các thầy đã giúp đỡ em trong quá trình học tập và đã định hướng cho em làm khóa luận tốt nghiệp “Nghiên cứu khai thác và mô phỏng hệ thống phun xăng điều khiển điện tử kiểu GDI”.

3. Nhiệm vụ nghiên cứu

- Lịch sử ra đời và phát triển của động cơ GDI.

- Đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống GDI.

- Nguyên nhân hư hỏng và cách bảo dưỡng sửa chữa hệ thống.

- Cách xây dựng tài liệu điện tử và mô phỏng bằng phần mềm Flash CS6.

6. Phương pháp nghiên cứu

Mục đích: Tìm hiểu về đặc điểm kết cấu của các chi tiết trong hệ thống phun xăng điện tử GDI, nguyên nhân hư hỏng và cách bảo dưỡng sửa chữa hệ thống GDI.

Cách tiến hành: Phân tích, tham khảo tài liệu chuyên môn, tài liệu kết cấu hệ thống và những tài liệu liên quan đến luận văn cần nghiên cứu.

7. Giá trị của đề tài

Hệ thống phun xăng điện tử GDI là hệ thống phun xăng mới nhất hiện nay sử dụng trên các loại xe hiện đại. Ưu điểm của hệ thống là tiết kiệm nhiên liệu tối đa, hiệu suất nhiệt cao, trong khi vẫn đảm bảo các tiêu chuẩn khí xả khắt khe nhằm giảm thiểu những tác động xấu đến môi trường, đồng thời tính tiện nghi cho người sử dụng càng cao. Trong giai đoạn hiện nay, quân đội đang bổ sung nhiều loại xe hiện đại vào biên chế. Nghiên cứu hệ thống phun xăng điện tử GDI để làm tài liệu, cơ sở trong quá trình tiến hành khai thác, bảo dưỡng, sửa chữa động cơ. Góp phần tăng hiệu quả, tuổi thọ của động cơ, giảm hư hỏng của động cơ cũng như của xe trong quá trình sử dụng. Làm tài liệu, cơ sở trong tháo lắp, bảo dưỡng động cơ trong niêm cất, bảo quản.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU GDI

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của động cơ phun xăng trực tiếp

1.1.1 Lịch sử phát triển của động cơ

Theo lịch sử, động cơ xăng 4 kỳ được ra đời vào những năm 1876, hỗn hợp của động cơ này được tạo ra bởi 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 với 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 bởi cụm thiết bị điều khiển bằng điện tử.

1.1.2 Phân loại hệ thống phun xăng điện tử

1.1.2.1 Theo vị trí phun nhiên liệu

+ Phun xăng vào đường nạp: HTPX vào đường ống nạp sử dụng một kim phun trung tâm đặt trước bướm ga để phun xăng vào đường ống nạp. Sau đó, hỗn hợp nhiên liệu - không khí được phân vào các xi lanh thông qua hệ thống đường nạp.

+ Phun xăng vào họng các xu páp nạp: Mỗi họng xu páp nạp của động cơ nhiều xi lanh sẽ được bố trí một kim phun để phun xăng vào họng xu páp nạp. Phương án phun này có ưu điểm là: không đòi hỏi khắt khe trong việc lựa chọn thời điểm phun và phân bố thời gian phun; kết cấu nắp máy đơn giản và dễ sử dụng.

1.1.2.2 Theo số kim phun sử dụng

+ HTPX một điểm: Việc chuẩn bị hỗn hợp nhiên liệu được tiến hành ở một vị trí tương tự như trường hợp bộ chế hòa khí, sử dụng một kim phun duy nhất. Xăng được phun vào đường nạp, phía trên của bướm ga. Hỗn hợp được tạo thành trên đường nạp. Hệ thống này được sử dụng khá phổ biến trên động cơ có công suất nhỏ, do cấu tạo tương đối đơn giản và giá thành không quá cao.

+ HTPX nhiều điểm (Multipoint): Mỗi xy lanh động cơ được cung cấp nhiên liệu bởi 1 kim phun bố trí ở vị trí gần xu páp nạp. Thường dùng cho xe du lịch cao cấp có dung tích xi lanh lớn (trên 1600 cm³).Ví dụ như các hệ thống phun: Bosch Motronic và L- jetronic, Misubishi, Honda PGM – FI, Weber marelli, Siemens fenix.

1.1.1.4 theo nguyên lý lưu lượng khí nạp

Ở động cơ xăng truyền thống sử dụng bộ chế hòa khí cổ điển, lượng xăng được cung cấp qua các gic-lơ theo sự chênh lệch áp suất trong đường nạp, tức là theo mức độ “hút khí”của động cơ. Việc định lượng như thế sẽ không được hoàn hảo. Đối với HTPX, lưu lượng không khí thực tế nạp vào xy lanh là thông số quan trọng, cơ bản nhất cần được đo liên tục để xác định lượng nhiên liệu tối ưu cần cung cấp cho động cơ. Thông tin về lưu lượng khí được cung cấp cho ECU dưới dạng tín hiệu điện để làm cơ sở tính toán thời gian phun.

1.1.2.5 Phân loại theo tên gọi của HTPX

Như đã đề cập ở trên, với HTPX của hãng Bosch, được chia thành 2 kiểu chính là  HTPX kiểu Jetronic và HTPX kiểu Motronic:

+ Các HTPX kiểu Jetronic bao gồm:

- D-Jetronic

- Mono-Jetronic

- L-Jetronic

- LH-Jetronic

+  Các HTPX kiểu Motronic bao gồm:

- Mono-Motronic

- KE-Motronic

- ML-Motronic

- M-Motronic

- MP-Motronic

1.1.3 Sự ra đời và phát triển động cơ phun xăng trực tiếp

Động cơ đầu tiên dùng phun xăng trực tiếp là động cơ Hesselman, được phát minh vào năm 1925, bởi kỹ sư người Thụy Điển - Jonas Hesselman. Động cơ Hesselman dùng nguyên lý cháy cực nghèo xăng, nhiên liệu được phun vào cuối của kỳ nén và được bugi đánh lửa đốt cháy. 

Trong suốt thập niên 70 của thế kỷ trước, hãng Ford đã phát triển dòng động cơ nạp phân tầng, được gọi là “Proco” (Programmed combustion: quá trình cháy được điều khiển theo chương trình), dùng duy nhất một bơm cao áp cho các kim phun trực tiếp nhiên liệu. Một trăm xe Crown Victoria V8 đã được sản xuất dùng Proco V8. Dự án sau bị hủy bỏ vì nhiều nguyên nhân như: yếu tố cốt lõi là hệ thống điều khiển điện lại quá đơn giản và nhiều lỗi, bơm cao áp và kim phun cực đắt, quá trình cháy nghèo Oxy sinh ra rất nhiều NO_x (gần đạt giới hạn cho phép của Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ, EPA).

1.2 Công nghệ phun xăng điện tử GDI

 Trong động cơ đốt trong, phun xăng trực tiếp là công nghệ mới nhất (cho đến hiện nay) của việc cung cấp nhiên liệu cho động cơ xăng 2 kỳ hoặc 4 kỳ hiện đại. Xăng được nén đến áp suất cao (khoảng 50-200 bar), dẫn chung vào một ống phân phối nhiên liệu, sau đó nhiên liệu được các kim phun trực tiếp vào buồng đốt của từng xylanh.

Trong một vài kiểu động cơ, việc phun xăng trực tiếp có thể thực hiện bằng việc phun xăng nhiều đợt, đưa động cơ về chế độ cháy nghèo xăng, điều này cải thiện đáng kể hiệu suất nhiệt của động cơ và giảm thiểu khí xả độc hại khi ở chế độ tải trọng thấp.

1.2.1  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.

Tỷ số nén của động cơ GDI được nâng cao hơn so với động cơ PFI nên công suất của động cơ GDI lớn hơn 10% so với động cơ PFI cùng dung tích xi lanh động cơ.

Tỷ số nén của động cơ GDI được nâng cao hơn so với động cơ PFI nên công suất của động cơ GDI lớn hơn 10% so với động cơ PFI cùng dung tích xi lanh động cơ

1.2.2  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 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…

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

1.2.3.1 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 kim phun riêng rẽ phun trực tiếp vào xylanh động cơ.

1.2.3.2 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, phân 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.

 Hình dạng tia phun của GDI cũng khác so với tia phun ở động cơ Diesel, để nhiên liệu sau khi phun vào bốc hơi nhanh chóng người ta thiết kế lỗ kim, dòng nhiên liệu được đưa đến kim với áp suất cao sau khi ty kim nhấc lên dòng nhiên liệu được phun ra qua lỗ kim sẽ tạo ra chùm tia.

b) Hình dạng tia phun.

Ngoài các yếu tố quan trọng ở trên, hình dạng tia nhiên liệu cũng là yếu tố rất quan trọng để hình thành được hỗn hợp phân tầng, hỗn hợp đồng nhất. Trong trường hợp tạo hỗn hợp đồng nhất, tia nhiên liệu cần phun rộng vào xylanh nên tia nhiên liệu có dạng hình côn.

1.3 Nguyên lý hòa trộn tạo hỗn hợp hòa khí.

Thành phần hòa khí thể hiện tỷ lệ hòa trộn giữa xăng và không khí trong hòa khí, được đặc trưng bằng hệ số dư không khí α (hoặc λ) hoặc bằng hệ số tỷ lệ không khí – xăng m – đó là tỷ số lượng không khí G_kk và lượng xăng G_x chứa trong hòa khí (m=G_kk/G_x).

Với m= 14,7:1 - đủ không khí, ta có α=1 và có hòa khí chuẩn (lý tưởng)

Với m >14,7:1 - dư không khí, ta có α  >1 và có hòa khí nhạt  (nghèo xăng)

Với m <14,7:1 - thiếu không khí, ta có α <1 và có hòa khí đậm (giàu xăng).

1.4 Ưu điểm của động cơ GDI so với các động cơ MPI

Điều khiển được lượng xăng cung cấp rất chính xác, hệ số nạp cao như động cơ diesel và thậm chí hơn hẳn động cơ diesel.

Động cơ có khả năng làm việc được với hỗn hợp cực loãng (Không khí/xăng) = (35¸-55) (khi xe đạt được vận tốc trên 120 Km/h).

Hệ số nạp rất cao, tỉ số nén cao. Động cơ GDI vừa có khả năng tải rất cao, sự vận hành hoàn hảo, vừa có các chỉ tiêu khác hơn hẳn động cơ MPI

1.4.1 Kiểm soát khí thải

Những nhà chế tạo ô tô trước đây luôn luôn tìm mọi cách để đốt cháy một hỗn hợp nhiên liệu loãng nhằm giảm thiểu cũng như kiểm soát lượng khí NOX . Ngày nay, động cơ khí NOX phát ra, điều này đạt được do có sự tham gia của khí thải hoàn lưu qua EGR cao và nhờ vào sự đốt cháy ổn định hoàn hảo. Nhờ vậy công nghệ GDI đã giảm được 97% lượng NO­_x

1.4.3 Sự tiêu hao nhiên liệu

Thời điểm phun được tính toán rất chính xác nhằm đáp ứng được sự thay đổi tải trọng của động cơ. Ở chế độ tải trọng trung bình và xe chạy trong thành phố thì nhiên liệu phun ra ở cuối thì nén, giống như động cơ diesel và như vậy hỗn hợp loãng đi rất nhiều. Ở chế độ đầy tải, nhiên liệu được phun ra cuối thì nạp, điều này có khả năng cung cấp 1 hỗn hợp đồng nhất giống như động cơ MPI nhằm mục đích đạt được hiệu suất cao. 

Quá trình cháy với hỗn hợp cực loãng : Ở tốc độ cao (trên 120 Km/h), động cơ “GDI” sẽ đốt 1 hỗn hợp nhiên liệu cực loãng, tiết kiệm được lượng nhiên liệu tiêu thụ. Ở chế độ này, nhiên liệu được phun ra cuối kỳ nén và kỳ nổ: Tỉ lệ hỗn hợp là cực loãng , (Không khí/xăng) = 30¸ -40 (35¸ -55 bao gồm EGR).

Ở chế độ công suất cực đại : Khi động cơ GDI hoạt động ở chế độ tải lớn, toàn tải, tốc độ cao thì nhiên liệu được phun vào xi lanh động cơ trong suốt kỳ nạp, sự cháy hoàn hảo hơn, nhiên liệu được cháy sạch, cháy kiệt, động cơ làm việc êm dịu, không có tiếng gõ

+ Giá thành cao.

+ Áp lực phun nhiên liệu cao nên giá thành hệ thống phun nhiên liệu cao

+ Vấn đề bôi trơn cụm kim - van khó khăn

+  Phun dưới áp lực cao dễ tạo ra hiện tượng đóng nhiên liệu bám vào thành buồng đốt làm rửa trôi dầu bôi trơn, không bay hơi.

CHƯƠNG 2

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA CÁC CƠ CẤU TRONG HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ GDI

2.1 Sơ lược về động cơ 3S-FSE sử dụng hệ thống GDI

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 Hệ thống cung cấp nhiên liệu

2.2.1  Bơm chuyển tiếp nhiên liệu

Bơm chuyển tiếp nhiên liệu trong động cơ 3S-FSE (D4) là bơm kiểu cánh gạt.

a) Cấu tạo bơm xăng

Bơm xăng kiểu cánh gạt bao gồm những chi tiết sau:

b) Nguyên lý làm việc

Bánh công tác: có từ 1 ÷ 2 cánh, quay nhờ motor điện. Khi motor quay bánh công tác sẽ kéo xăng từ cửa vào đưa đến cửa ra. Sau khi đi qua cửa vào xăng sẽ đi quanh motor điện và đến van một chiều.

Bơm xăng kiểu cánh gạt là một loại bơm điện với một hiệu điện thế là 12 vol. Bơm chuyển sẽ bị ngắt điện sau khi động cơ dùng lại 2 đến 3 giây do ECU điều chỉnh.

  Bơm chuyển nhiên liệu được đặt trong thùng nhiên liệu và có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ thùng chứa nhiên liệu chuyển nhiên liệu với một lưu lượng đầy đủ đến bơm cao áp một cách liên tục.

2.2.2  Bơm cao áp

Bơm cao áp trên động cơ 3S-FSE (D4) có 2 loại của hãng TOYOTA và hãng DENSO

a) Cấu tạo

Bơm cao áp hãng denso trên động cơ 3S-FSE (D4).

b)  Nguyên lý hoạt động

Khi van nạp mở khi cuộn dây solenoid được kích hoạt bằng ECU. Cuộn solenoid trong bơm sẽ mở hoặc đóng van nạp. Solenoid được từ hóa khi có điện áp. Lực từ sẽ nâng phần ứng lên, do đó sẽ mở đường nạp vào

Khi động cơ vận hành trục cam dẫn động tác động lên pít tông làm thay đổi áp suất trong khoang bơm khi pít tông đi xuống thể tích khoang bơm tăng lên áp suất giảm làm cho van nạp mở ra xăng đi vào buồng chứa nhiên liệu.

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

Để phun nhiên liệu vào buồng đốt, Toyota đã sử dụng hệ thống ổn định áp suất đường ống nạp với áp suất từ 8 MPA đến 13 MPA. Ống phân phối nhiên liệu có chức năng như một kho chứa nhiên liệu của các kim phun xăng. Dung tích của nó lớn hơn nhiều lần so với lượng xăng cần thiết cung cấp cho một chu kỳ của động cơ. Nhờ vậy tránh được tình trạng thay đổi áp suất phun trong ống chia béc. Ống phân phối nhiên liệu có công dụng cung cấp xăng đồng đều cho các kim phun với áp suất bằng nhau, làm nơi gá lắp các kim phun và giúp cho việc tháo lắp các kim phun được dễ dàng.

2.3. Hệ thống cảm biến

2.3.1. Vị trí các cảm biến bố trí trên động cơ

Vị trí cảm biến trên động cơ thể hiện như hình 2.10.

2.3.2. Cảm biến áp suất đường ống nạp ( MAP)

a) Cấu tạo

Cảm biến này bao gồm:

- Chíp silic                                                     

- Buồng chân không có áp suất chuẩn               

- Lọc khí

b) Nguyên lí hoạt động

Tấm silicon (hay còn gọi là màng ngăn) dày ở hai mép ngoài và mỏng hơn ở giữa. Một mặt của tấm silicon tiếp xúc với buồng chân không, mặt còn lại nốivới đường ống nạp. Bằng cách so sánh áp suất trong buồng chân không và áp suất trong đường ống nạp, chip silic sẽ thay đổi điện trở của nó khi áp suất trong đường ống nạp thay đổi. Sự dao động của tín hiệu điện trởnày được chuyển hóa thành một tín hiệu điện áp gửi đến ECM động cơ ở cực PIM.

2.3.4. Cảm biến vị trí bướm ga

Cảm biến vị trí bướm ga được bố trí trên thân bướm ga và được điều khiển bởi trục của bướm ga thông qua bàn đạp ga. Nó chuyển góc mở của cánh bướm ga thành tín hiệu điện áp gởi về ECU thông qua tín hiệu mở bướm ga (VTA) 

Chức năng : 

+ Điều chỉnh tỉ lệ hỗn hợp theo tải của động cơ ở tốc độ cầm chừng thì yêu cầu hỗn hợp hơi giàu ở tốc độ tải lớn thì yêu cầu làm giàu hỗn hợp để tăng công suất tối đa ở tốc độ tải bình thương thì yêu cầu động cơ chạy tiết kiệm nhiên liệu

+ Cắt nhiên liệu khi giảm tốc

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

a) Cấu tạo

Vị trí bố trí cảm biến vị trí trục khuỷu và trục cam như hình 2.20.

b) Nguyên lí hoạt động

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 hơn thì 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.

2.3.8. Cảm biến kích nổ

a) Cấu tạo

Cảm biến kích nổ phát hiện sự kích nổ động cơ và gửi tín hiệu điện áp đến ECU. ECU sử dụng tín hiệu cảm biến kích nổ để điều khiển  thời điểm đánh lửa. Kích nổ động cơ thường xảy ra trong một khoảng tần số cụ thể (xấp xỉ 7 kHz). Cảm biến kích nổ được bố trí trên thân máy, trên nắp máy hoặc trên cổ góp nạp để phát hiện tần số này.

b) Nguyên lý hoạt động

Những sự rung động từ kích nổ động cơ làm rung động các phần tử điện áp, vì thế tạo ra tín hiệu điện áp. Điện áp ra từ cảm biến kích nổ cao nhất là vào thời điểm này.

2.4. Hệ thống điều khiển điện tử nhiên liệu

2.4.1 ECU

ECU là trung tâm của hệ thống nhiên liệu GDI trên động cơ 3S-FSE (D4). 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 chẩn đoán hệ thống nhiên liệu GDI.

2.4.3. 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.

2.4.4. Bộ xử lí tín hiệu vào

Bộ xử lý tín hiệu đầu vào thu nhập những tín hiệu từ các cảm biến, dưới dạng tín hiệu xung, tín hiệu điện áp biến đổi, tín hiệu tần số….Để đưa vào xử lý, biến đổi chúng thành các tín hiệu số. Tín hiệu là sự kết hợp giữa các mức điện áp có và không, mức điện áp có là số 1 và mức điện áp không là số 0. Tín hiệu phải được biến sang dạng số vì bộ xử lý chỉ có thể làm việc với các tín hiệu 0 và 1.

2.5. Cơ cấu chấp hành

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.

2.5.1 Điều khiển kim phun

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. Tín hiệu phun sau đó được khuếch đại để kích hoạt các kim phun.

Trong hệ thống phun xăng điện tử GDI, việc tính toán lượng nhiên liệu phun chính là tính toán thời gian phun để ECU cấp xung điều khiển có độ dài tương ứng cho kim phun điện từ. Thời gian phun (t_ph) sẽ bao gồm 3 thành phần:

+ Thời gian phun cơ bản (t_cb)

+ Thời gian phun bổ sung phụ thuộc vào sự thay đổi điều kiện làm việc cảu động cơ và điều kiện môi trường (t_bs).

+ Thời gian phun bù (t_b), xét đén sự sụt áp của ắc quy (nguồn nuôi cấp cho ECU để điều khiển).

T_ph= t_cb + t_bs + t_b

2.5.2. Điều khiển đánh lửa

2.5.2.1. Sơ đồ mạch điện đánh lửa

ECU động cơ xác định thời điểm đánh lửa dựa vào tín hiệu G, tín hiệu NE và các tín hiệu từ các cảm biến khác. Khi đã xác định được thời điểm đánh lửa, ECU động cơ gửi tín hiệu IGT đến IC đánh lửa. Đồng thời, tín hiệu IGF được gửi đến ECU động cơ. Trong hệ thống đánh lửa trực tiếp, ECU động cơ phân phối dòng điện cao áp đến các xy lanh bằng cách gửi từng tín hiệu IGT đến các IC đánh lửa theo trình tự đánh lửa.

2.5.2.2. Tín hiệu IGT thời điểm đánh lửa

Dòng trong cuộn sơ cấp được điều khiển bời ECU thông qua tín hiệu thời điểm đánh lửa IGT. Tín hiệu IGT là một tín hiệu điện áp bật/tắt Transistor công suất trong IC đánh lửa bị ngắt. Khi dòng qua cuộn sơ cấp bị ngắt, sự biến thiên từ thông một cách nhanh chóng thông qua cuộn thứ cấp sẽ tạo ra một điện áp cao. Nếu không có tín hiệu IGF, dộng cơ sẽ khởi động trong giây lát rồi sau đó chết máy.

CHƯƠNG 3

BẢO DƯỠNG VÀ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG CỦA MỘT SỐ CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG HỆ THỐNG

PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ GDI

3.1 Bảo dưỡng thường xuyên

3.1.1 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 kim phun chúng sẽ làm tắc và gây trục trặc cho động cơ.

Cũng như vậy ở động cơ diesel, chất bẩn hay hơi nước có thể hoà trộn trong dầu diesel. Nếu chất bẩn hay hơi nước này đến bơm cao áp hay kim phun nó có thể làm tắc, mòn hay kẹt các chi tiết có độ chính xác cao.

Các thao tác chính:

- Mở nắp bình xăng

- Đặt khay hứng phía dưới lọc nhiêu liệu.

- Tháo lọc nhiên liệu

- Lắp lọc xăng mới.

- Lau sạch xăng bám bên ngoài.

- Nổ máy và kiểm tra rò rỉ.

3.1.3. 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.

Nếu van một chiều chân không trong nắp thùng nhiên liệu không hoạt động bình thường, sẽ sinh ra độ chân không lớn tron thùng, có thể làm biến dạng hay nứt thùng. Nhiên liệu chảy qua các đường ống. Nếu các đường ống nhiên liệu bị hỏng, nó có thể làm nhiên liệu bị rò rỉ.

3.1.5. Kiểm tra hoạt động của bơm xăng

Tiến hành các bước như sau:

- Bật công tắc đến vị trí ON. (Lưu ý: không khởi động động cơ).

- Nối tắt chân FC với E2 kiểm tra hoạt động của bơm.

- Bóp đường ống nhiên liệu vào bơm cao áp để kiểm tra áp suất. Nếu cảm thấy sức căng mạnh thì bơm nhiên liệu đang hoạt  động.

- Tháo dây nối giữa FC với E2.

- Tắt công tắc.

3.1.7. Kiểm tra điện trở kim phun

Chuẩn bị: Tháo các giắc nối kim phun.

Kiểm tra: Dùng VOM đo điện trở của các kim phun rồi so sánh với giá trị huẩn. Điện trở chuẩn 2W đến 3W đo ở 20oC

3.1.8. Kiểm tra áp suất bơm cao áp

Tiến hành các bước như sau:

- Kiểm tra điện áp ắc quy phải lớn hơn 12V.

- Tháo cáp ra khỏi cực âm ắc quy.

- Đặt khay chứa hoặc giẻ mềm xuống dưới đường ống nhiên liệu nối với ống phân phối.

- Tháo đai ốc nối đường ống nhiên liệu với ống phân phối.

- Xả nhiên liệu trong ống phân phối ra.

3.2. Một số hư hỏng khi sử dụng

3.2.1 Động cơ chết máy

Một số hư hỏng  động cơ chết máy thể hiện như bảng 3.1.

3.2.2. Khởi động kém

Khởi động kém được thể hiện như bảng 3.2.

3.3 Hệ thống chẩn đoán OBD II

3.3.1 Mô tả

ECU được thiết kế với hệ thống tự chẩn đoán bên trong nhờ đó mà các hư hỏng điện tử trong hệ thống tín hiệu động cơ được phát hiện và thông báo trên bảng táp lô bằng một đèn nháy (đèn CHECK ENGINE).

3.3.3 Phát hiện mã lỗi (test mode)

Nối máy kiểm tra cầm tay vào giắc kiểm tra

- Kiểm tra giữ liệu trong ECU theo các lời nhắc trên màn hình của máy kiểm tra.

- Đo các giá trị của các cực ECU bằng hộp ngắt và máy kiểm tra cầm tay.

- Nối hộp ngắt và máy kiểm tra cầm tay vào giắc kiểm tra.

- Đọc các giá trị đầu vào và đầu ra theo các lời nhắc trên màn hình máy kiểm tra

Chú ý:

- Máy kiểm tra cầm tay có chức năng chụp nhanh.

- Nó ghi lại các giá trị đo và có tác dụng trong việc chẩn đoán các hư hỏng chập chờn.

- Xem hướng dẫn sử dụng của máy cầm tay để biết thêm chi tiết.

Cách xoá mã chẩn đoán:

- Bật công tắc máy sang vị trí OFF

CHƯƠNG 4

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ADOBE FLASH CS6 MÔ PHỎNG VÀ XÂY DỰNG TÀI LIỆU ĐIỆN TỬ VỀ HỆ

THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ GDI

4.1. Giới thiệu về phần mềm Adobe Flash CS6          

4.1.1 Lịch sử ra đời của Flash

Adobe Flash (trước đây là Macromedia Flash và trước đó FutureSplash), hay còn gọi một cách đơn giản là Flash, được dùng để chỉ chương trình sáng tạo đa phương tiện (multimedia) lẫn phần mềm dùng để hiển thị chúng Macromedia Flash PLayer.

Chương trình điện toán này được viết và phân phối bởi Adobe Systems (công ty đã mua Macromedia).  Flash dùng kỹ thuật đồ họa vectơ và đồ họa điểm (raster graphics). Ngoài ra Flash còn có một ngôn ngữ văn lệnh riêng gọi là ActionScript và có khả năng truyền và tải luồng âm thanh hoặc hình ảnh. Đúng ra thì từ Macromedia Flash nên được dùng để chỉ chương trình tạo ra các tập tin Flash. Còn từ Flash PLayer nên được dành để chỉ ứng dụng có nhiệm vụ thi hành hay hiển thị các tập tin Flash đó. Tuy vậy, chữ Flash được dùng để chỉ cả hai chương trình nói trên.

4.1.2 Phần mềm ADOBE FLASH CS6

Phần mềm Adobe Flash Professtional CS6 là một môi trường tác động mạnh mẽ để tạo hoạt ảnh và nội dung đa phương tiện. Thiết kế trải nghiệm tương tác phong phú, hiện diện nhất quán trên máy tính để bàn và nhiều thiết bị, bao gồm máy tính bảng, điện thoại thông minh và TV.

4.2 Hướng dẫn sử dụng

4.2.1 Khởi động chương trình

Khởi động Adobe Flash Professtional CS6: để khởi động Adobe Flash Professtional CS6, ta bấm chọn biểu tượng của nó trên màn hình desktop hoặc tiến hành các bước sau:

- Vào Start > All Programs

- Chọn Adobe

- Chọn Adobe Flash Professtional CS6

Khi đó, màn hình sẽ xuất hiện như hình 4.2.

4.2.2. Các vùng trên giao diện

- Vùng hệ thống menu: Gồm các lệnh dùng để thiết lập, lưu file, chèn file và cài đặt thay đổi giao diện cơ bản.

- Vùng thanh công cụ: chứa các công cụ để tạo hình, hiệu chỉnh và tạo các hiệu ứng cho các đối tượng. Bạn có thể làm xuất hiện hoặc ấn nó đi bằng cách vào menu Window , chọn Tools

- Vùng thuộc tính và thư viện: Vùng thuộc tính Properties Mỗi một đối tượng đều có các thuộc tính riêng như màu viền, loại viền, màu nền . . . Để quản lý các thuộc tính này, Flash bố trí chúng trong một cửa sổ Properties .

4.2.4. Xây dựng tài liệu điện tử và mô phỏng hoạt động của hệ thống

4.2.4.1. Các công cụ, thao tác cơ bản để xây dựng tài liệu điện tử

Các loại biểu tượng:

Graphic: Biểu tượng Graphic Biểu tượng Graphic là một hình ảnh tĩnh có thể được tái sử dụng để tạo ra chuyển động. Bất kì một ảnh điểm, vector hay văn bản đều có thể chuyển đổi thành Graphic.

Button: Biểu tượng Button dùng để bổ sung một tương tác với movie, đáp trả các sự kiện kích chuột, ấn phím, kéo các thanh kéo và các hành động khác. Một biểu tượng Button sẽ có bốn Frame tương tác: Up, Down, Over và Hit. Biểu tượng Button có thể được cài đặt và điều khiển bằng ActionScript .

Movie Clip: Biểu tượng Movieclip Là một mẫu hoạt hình của Flash có thể được tái sử dụng. Khác với Graphic và Button, MovieClip Có riêng một TimeLine với vô số Frame có thể dùng để tạo hoạt hình. Một MovieClip có thể bao gồm một hoặc nhiều biểu tượng Graphic, Button hoặc thậm chí là MovieClip. Cũng tương tự như Button, bạn có thể cài đặt một tên hiển thị cho nó để điều khiển nó bằng ActionScript.

Đưa các đối tượng như ảnh, video,… vào Thư viện Library: Vào menu File > chọn Import > Chọn Import to Library…> Chọn file cần đưa vào.

Tạo ActionScript để liên kết nút Button đến các Frame, các Scene:

Chọn đối tượng Button đã tạo, nhấp chuột phải > Chọn Actions. Tại giao diện Action Script, chọn Code Snippets. Một bảng mã lệnh liên kết với Button sẽ hiện ra. Tùy vào mục đích để chọn lệnh. Một số lệnh thường xuyên dùng:

4.2.4.2. Tạo giao diện và mục lục chương

Tạo giao diện: Tại Scene “Giao diện”

- Tạo Layer phông nền, chọn phông nền thích hợp

- Tạo Layer chữ, tạo chữ và bố trí cho phù hợp

- Tạo nút “Start”  và liên kết với Scene “Mục lục chương”

Tạo mục lục chương: Tại Scene “Mục lục chương”

- Tạo 1 Movie Clip tên menu_m

4.2.4.4. Mô phỏng hệ thống phun xăng GDI

Sử dụng các hình vẽ Autocad chuyển thành file ảnh và một số hình ảnh của các chi tiết. Vẽ màu và đưa vào phần mềm Flash. Ngoài ra còn sử dụng 1 số mô phỏng để đưa vào tài liệu.

Tạo Movie Clip, mỗi Movie Clip làm về 1 chi tiết riêng biệt. Sử dụng phần mềm Flash mô phỏng tạo các chuyển động cho từng chi tiết.

 Cụ thể:

- Chân ga

- Kim phun

- Bơm cao áp

- Sơ đồ hệ thống sau khi sắp xếp

Giao diện tài liệu điện tử hoàn chỉnh như hình 4.15.

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 và mô phỏng hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử kiểu GDI”.

Trong đề tài này em đi sâu tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử và các chi tiết, cơ cấu của hệ thống.

Phần đầu đồ án trình bày khái quát chung về các hệ thống nhiên liệu dùng trên động cơ xăng, đi sâu phân tích những ưu nhược điểm của động cơ xăng dùng hệ thống phun xăng điện tử hiện đại. Phần chính của đồ án đi sâu tìm hiểu phân tích kết cấu cấu tạo nguyên lý hoạt động các bộ phận chính hệ thống nhiên liệu GDI cũng như tìm hiểu các hư hỏng của hệ thống nhiên liệu GDI, nguyên nhân biện pháp khắc phục và lập quy trình bảo dưỡng sửa chữa. Phần cuối là sử dụng phần mềm để mô phỏng và xây dựng tài liệu điện tử về hệ thống phun xăng điện tử GDI.

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!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Kết cấu động cơ đốt trong , Trần Quốc Toản, Trường Sĩ Quan Kỹ Thuật Quân sự, 2010

[2]. Động cơ đốt trong tập 1,2 Nguyễn Văn Trạng Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

[3]. Phun nhiên liệu điều khiển điện tử trên động cơ đốt trong, Học viện Kỹ thuật Quân sự

[4]. Tài liệu đào tạo TOYOTA

[5]. TOYOTA ДВИГАТЕЛИ 3S-FSE (D4) 2006

 "TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"