ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2018
MỤC LỤC
MỤC LỤC..................................................................................................... i
DANH MỤC KÍ HIỆU, VIẾT TẮT................................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH.................................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG BIỂU.................................................................................................. vii
MỞ ĐẦU................................................................................................. viii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN Ô TÔ.................................................................................................... 1
1.1. Lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu động cơ xăng 1
1.2. Nhiệm vụ của hệ thống phun xăng 8
1.3. Yêu cầu của hệ thống phun xăng 8
1.4. Phân loại hệ thống phun xăng 9
1.4.1. Phân loại theo số vòi phun sử dụng 9
1.4.2. Phân loại theo vị trí bố trí vòi phun 12
1.4.3. Phân loại theo nguyên tắc làm việc của hệ thống 16
1.4.4. Phân loại theo nguyên tắc đo lưu lượng khí nạp 19
1.4.5. Phân loại theo kiểu phun [2] 20
CHƯƠNG 2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2018..................................................................................... 27
2.1. Giới thiệu về xe Toyota Camry 2018 27
2.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng trực điện tử 30
2.3. Cấu tạo các bộ phận trong hệ thống phun xăng điện tử trên xe Toyota Camry 2018 35
2.3.1. Bơm xăng điện 35
2.3.2. Lọc nhiên liệu 38
2.3.3. Van điều chỉnh áp suất 40
2.3.4. Bơm cao áp 42
2.3.5. Vòi phun xăng 45
2.3.6. Ống phân phối nhiên liệu 47
2.3.7. Màng tiết lưu 48
2.3.8. ECU điều khiển 48
2.4. Một số cảm biến trong hệ thống phun xăng điện tử 52
2.4.1. Cảm biến lưu lượng khí nạp 52
2.4.2. Cảm biến áp suất khí nạp 54
2.4.3. Cảm biến vị trí bướm ga 56
2.4.4. Cảm biến vị trí bàn đạp ga 58
2.4.5. Cảm biến ôxy 59
2.4.6. Cảm biến vị trí trục cam 61
2.4.7. Cảm biến vị trí trục khuỷu 63
CHƯƠNG 3. HƯ HỎNG, PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA SỬA CHỮA VÀ BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2018..................................................................................... 65
3 1. Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống phun nhiên liệu điện tử EFI trên ô tô 65
3.2. Những hư hỏng thường gặp và cách khắc phục trên hệ thống phun xăng điện tử 66
3.3. Phương pháp kiểm tra, sửa chữa hệ thống phun xăng điện tử 68
3.3.1. Kiểm tra và sửa chữa bơm xăng 68
3.3.2. Kiểm tra và sửa chữa bộ điều áp 74
3.3.3. Kiểm tra và sửa chữa vòi phun xăng 74
3.3.4. Kiểm tra cảm biến lưu lượng khí nạp 79
3.3.5. Kiểm tra cảm biến áp suất tuyệt đối trong đường ống nạp 80
3.3.6. Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến nhiệt độ khí nạp 81
3.3.7. Kiểm tra cảm biến độ mở bướm ga 82
3.3.8. Kiểm tra cảm biến ôxy 83
3.3.9. Kiểm tra cảm biến trục khuỷu 84
3.3.10. Kiểm tra cảm biến trục cam 84
KẾT LUẬN.................................................................................................. 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................. 87
DANH MỤC KÍ HIỆU, VIẾT TẮT
|
Từ viết tắt |
Tên tiếng anh |
Nghĩa tiếng việt |
|
EFI |
Electric Fuel injection |
Hệ thống phun xăng điện tử |
|
ESA |
Electric Spane Advance |
Hệ thống đánh lửa sớm |
|
GDI |
Gasoline Direct Injection |
Hệ thống phun xăng trực tiếp |
|
IDE |
Injection Direct Essence |
Phun nhiên liệu trực tiếp |
|
FSI |
Fuel Stratified Injection |
Phun nhiên liệu phân tầng |
|
DISI |
Direct Injection Spark Ignition |
Đánh lửa và phun xăng trực tiếp |
|
MPI |
Multi Point Injection |
Hệ thống phun xăng đa điểm |
|
|
|
Tỉ lệ hòa khí nhiên liệu |
|
ECU |
Electric Control Unit |
Bộ điều khiển trung tâm |
|
MAF |
Mass Air Flow Sensor |
Cảm biến lưu lượng khí nạp |
|
MAP |
Manifold Absolute Pressure Sensor |
Cảm biến áp suất khí nạp |
|
TPS |
Thottle Position Sensor |
Cảm biến vị trí bướm ga |
|
PCM |
Powertrain Control Module |
Môdun điều khiển hệ thống truyền lực |
|
SPI |
Single Point Injection |
Hệ thống phun xăng đơn điểm |
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Hệ thống phun xăng đa điểm MPI.............................. 10
Hình 1.2. Hệ thống phun xăng đơn điểm SPI............................. 11
Hình 1.3. Hệ thống phun xăng gián tiếp.................................... 13
Hình 1.4. Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI............................. 14
Hình 1.5. Hệ thống phun xăng cơ khí........................................ 16
Hình 1.6. Hệ thống phun xăng điện tử EFI................................ 17
Hình 1.7. Sơ đồ hệ thống phun xăng loại lưu lượng kế.............. 19
Hình 1.8. Sơ đồ hệ thống phun xăng cơ khí K-Jetronic.............. 21
Hình 1.9. Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử L-Jetronic............. 23
Hình 1.10. Sơ đồ Hệ thống phun xăng kiểu D-Jetronic.............. 24
Hình 1.11. Sơ đồ Hệ thống phun xăng kiểu Mono-Jetronic....... 25
Hình 2.1. Hình ảnh xe Toyota Camry 2018............................... 27
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng trực tiếp........... 31
Hình 2.3. Cơ chế hình thành hỗn hợp phân tầng [5]................. 33
Hình 2.4. Cơ chế hình thành hỗn hợp đồng nhất [5]................. 34
Hình 2.5. Bơm xăng điện trên xe Toyota Camry........................ 35
Hình 2.6. Cấu tạo bơm nhiên liệu.............................................. 36
Hình 2.7. Mạch điều khiển bơm nhiên liệu bằng cảm biến trục khuỷu........................................................................................ 37
Hình 2.8. Lọc nhiên liệu............................................................ 38
Hình 2.9. Lọc xăng.................................................................... 39
Hình 2.10. Van điều chỉnh áp suất............................................ 40
Hình 2.11. Cấu tạo của van ổn định áp suất.............................. 41
Hình 2.12. Bơm xăng cao áp..................................................... 42
Hình 2.13. Cấu tạo của bơm cao áp.......................................... 43
Hình 2.14. Sơ đồ nguyên lý điều khiển bơm cao áp trong GDI.. 44
Hình 2.15. Kim phun xăng trực tiếp trên xe Toyata Camry....... 45
Hình 2.16. Cấu tạo kim phun..................................................... 46
Hình 2.17. Ống phân phối nhiên liệu......................................... 48
Hình 2.18. Cấu tạo của ECU điều khiển................................... 49
Hình 2.19. Vị trí Cảm biến lưu lượng khí nạp (loại dây nhiệt)... 52
Hình 2.20. Nguyên lí hoạt động của cảm biến lưu lượng khí nạp.................................................................................................. 53
Hình 2.21. Cảm biến áp suất tuyệt đối đường ống nạp.............. 54
Hình 2.22. Cấu tạo và mạch điện cảm biến áp suất khí nạp...... 55
Hình 2.23. Cảm biến vị trí bướm ga.......................................... 56
Hình 2.24. Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga [6]........................ 56
Hình 2.25. Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga [6].................... 57
Hình 2.26. Cấu tạo và mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga [6].................................................................................................. 58
Hình 2.27. Cảm biến ôxy........................................................... 59
Hình 2.28. Cấu tạo cảm biến ôxy.............................................. 60
Hình 2.29. Mạch điện cảm biến ôxy.......................................... 61
Hình 2.30. Cảm biến vị trí trục cam.......................................... 61
Hình 2.31. Cấu tạo Cảm biến vị trí trục cam............................. 62
Hình 2.32. Mạch điện Cảm biến vị trí trục cam......................... 63
Hình 2.33. Cảm biến vị trí trục khuỷu....................................... 63
Hình 2.34. Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu........................... 64
Hình 3.1. Cách đo kiểm tra cảm biến MAP............................... 80
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Bảng thông số xe Camry 2.0E 2018 [3].................................................................................................. 29
Bảng 3.1. Những hư hỏng của hệ thống phun xăng trực tiếp [7].................................................................................................. 66
Bảng 3.2. Bảng kết quả kiểm tra [7].................................................................................................. 69
Bảng 3.3. Bảng điện áp tiêu chuẩn [7].................................................................................................. 69
Bảng 3.4. Bảng kết quả đo [7].................................................................................................. 69
Bảng 3.5. Điện trở tiêu chuẩn [7].................................................................................................. 70
Bảng 3.6. Bảng điện trở tiêu chuẩn [7].................................................................................................. 71
Bảng 3.7. Bảng điện trở tiêu chuẩn [7].................................................................................................. 71
Bảng 3.8. Bảng điện trở tiêu chuẩn [7].................................................................................................. 71
Bảng 3.9. Bảng điện trở tiêu chuẩn [7].................................................................................................. 72
Bảng 3.10. Bảng điện trở tiêu chuẩn [7].................................................................................................. 72
Bảng 3.11. Bảng điện trở tiêu chuẩn [7].................................................................................................. 73
Bảng 3.12. Điều kiện tiêu chuẩn [7].................................................................................................. 73
Bảng 3.13. Bảng điện áp tiêu chuẩn [7].................................................................................................. 75
Bảng 3.14. Bảng điện trở tiêu chuẩn [7].................................................................................................. 75
Bảng 3.15. Bảng điều kiện tiêu chuẩn [7].................................................................................................. 76
Bảng 3.16. Bảng điều kiện tiêu chuẩn điện trở [7].................................................................................................. 77
Bảng 3.17. Bảng điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra hở mạch) [7].................................................................................................. 77
Bảng 3.18. Bảng điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra ngắn mạch) [7].................................................................................................. 78
Bảng 3.19. Bảng điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra hở mạch) [7].................................................................................................. 78
Bảng 3.20. Bảng điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra ngắn mạch) [7].................................................................................................. 79
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây các nhà sản xuất ô tô đang có xu hướng nghiên cứu và phát triển ô điện để dần thay thế những chiếc xe ô tô truyền thống sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Những chiếc ô tô điện được trang bị rất nhiều tính năng hiện đại và được đánh giá cao về tính thân thiện với môi trường, tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của nó lại nằm ở tuổi thọ của pin và thời gian để sạc đầy pin. Do đó, những chiếc ô tô sử dụng động cơ đốt trong vẫn giữ một vai trò quan trọng và phù hợp hơn trong mọi hoạt động kinh tế và xã hội của con người.
Hiện nay tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng được báo động, thêm vào đó số lượng xe ô tô ngày càng tăng nhanh đồng nghĩa với việc sẽ có nhiều khí thải độc hại phát tán vào môi trường, để đảm bảo chất lượng không khí an toàn đối với sức khỏe con người, việc nghiên cứu phát triển để giảm phát thải các khí độc hại trong quá trình hoạt động mà động cơ sinh ra lại càng được chú trọng. Mặt khác với số lượng xe tăng nhanh đồng nghĩa với nhu cầu bảo dưỡng sửa chữa cao. Vì vậy, việc nắm rõ và hiểu biết đầy đủ về việc sử dụng, khai thác, bảo dưỡng, sửa chữa là yếu tố cần thiết và quan trọng của một sinh viên ngành ô tô sắp ra trường.
Bởi những lý do trên em đã lựa chọn đề tài Đồ án tốt nghiệp “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE TOYOTA CAMRY
2018” để nắm rõ hơn kiến thức cơ bản về lý thuyết, cấu tạo, hư hỏng, chẩn đoán của hệ thống phun nhiên liệu điện tử EFI và công nghệ sử lý khí thải độc hại sinh ra trong quá trình hoạt động của động cơ xăng nhằm hạn chế tối đa sự ảnh hưởng của khí thải đến môi trường.
Trong quá trình thực hiện đề tài, với sự cố gắng của bản thân cùng
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN Ô TÔ
1.1. Lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu động cơ xăng.
Động cơ đốt trong là loại động cơ sử dụng lực đẩy do nhiên liệu cháy nổ để đẩy piston bên trong xilanh, chuyển động tịnh tiến của piston làm quay trục cơ sau đó làm bánh xe chuyển động nhờ xích tải hoặc trục chuyển động. Các loại nhiên liệu phổ biến nhất cho ôtô là xăng và điesel.
Về lịch sử phát triển của hệ thống phun xăng có một số mốc đáng chú ý dưới đây:
- Vào năm 1860, Lenoir gắn động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng và bộ chế hòa khí đơn giản (đã được cải tiến từ động cơ của Jean Joseph, một Kỹ Sư người Bỉ xin cấp bằng sáng chế chiếc xe động cơ đốt trong tác động kép, đánh lửa điện sử dụng nhiên liệu khí than năm 1860) vào một chiếc xe ba bánh và thực hiện thành công chuyến đi mang tính lịch sử với quãng đường 50 dặm.
- 1862: Kỹ Sư người Pháp ông Alphonse Beau De Rochas đệ đơn cấp bằng sáng chế động cơ bốn kỳ số 52593 ngày 16 tháng 01 năm 1862 (nhưng đã không sản xuất).
- 1864: Siegfried Marcus, Kỹ Sư người Áo đã chế tạo một loại động cơ xilanh với bộ chế hòa khí rất thô sơ và sau đó gắn lên một chiếc xe ngựa và đã vận hành thành công trên quãng đường đá dài 500 foot (152,4m). Vài năm sau đó, Marcus thiết kế một chiếc xe có thể vận hành với tốc độ 10 dặm/giờ và một số sử gia cho rằng đây mới chính là chiếc xe sử dụng động cơ xăng đầu tiên trên thế giới.
- 1876: Nikolas August Otto phát minh thành công và được cấp bằng sáng chế động cơ bốn kỳ thì hai loại động cơ này thường được gọi là “Chu kỳ Otto” và ngay sau khi thành công với động cơ này ông đã đưa ra nó vào sử dụng cho xe gắn máy. Cống hiến của Otto trong lịch sử được phát triển sử dụng rộng rãi cho đến tận ngày nay cho tất cả các xe chạy nhiên liệu lỏng.
Nikolas August Otto (sinh 10 tháng 6 năm 1832 tại Holzhausen ander Haide, Nassau - mất 26 tháng 1 năm 1891 tại Cologne) là một nhà phát minh người Đức, ông là người đã phát minh ra động cơ đốt trong đầu tiên có thể đốt cháy trực tiếp nhiên liệu một cách hiệu quả trong buồng piston. Dù trước đó đã có vài loại động cơ đốt trong được phát minh (ví dụ như của Estienne Lenoir), tuy nhiên những loại động cơ đó không dựa trên bốn chu kỳ quay riêng biệt. Lý thuyết về bốn chu kỳ quay đã hình thành vào khoảng giai đoạn có sự ra đời phát minh của Otto, nhưng ông là người đầu tiên áp dụng thành công vào thực tế.
- 1885: Vào năm 1885, Gottleib Daimler cùng với đối tác của mình là Wilhl Mayback cải tiến động cơ đốt trong của Otto và đệ đơn cấp bằng sáng chế cho phát kiến này và đây chính là nguyên mẫu động cơ xăng hiện nay. Gottlieb Daimler phát minh loại động cơ có thể được coi như là nguyên mẫu của động cơ xăng hiện với xilanh thẳng đứng và sử dụng bộ chế hòa khí (cấp bằng năm 1889). Daimler lần đầu tiên chế tạo xe hai bánh gắn động cơ có tên “Reitwagen”, một năm sau đó loại động cơ này ông chế tạo chiếc ô tô 4 bánh đầu tiên trên thế giới.
Động cơ Daimler - Maybach đời 1885 nhỏ, nhẹ, chạy nhanh, dùng bộ chế hòa khí bơm xăng và xilanh thẳng đứng. Kích cỡ, tốc độ và hiệu suất của loại động cơ này đã tạo nên cuộc cách mạng về thiết kế xe hơi. Vào ngày 08 tháng 03 năm 1886, Daimler lắp loại động cơ này vào khung xe ngựa và qua đây phát kiến này được xem là thiết kế xe ôtô 4 bánh đầu tiên và ông được coi như nhà thiết kế đầu tiên của loại động cơ đốt trong có tính hữu dụng.
Vào năm 1889, Daimler phát minh động cơ đốt trong 4 kỳ có van hình nấm và 2 xilanh hình chữ V. Cũng giống như động cơ Otto đời 1876, loại động cơ mới của Daimler đặt nền tảng cho động cơ ô tô hiện đại ngày nay. Cũng vào năm 1889, Daimler và Mayback chế tạo chiếc xe ô tô đầu tiên từ con số không, họ đã không cải tiến từ những chiếc xe cũ như trước đây họ đã từng làm. Chiếc Daimler mới có hộp số 4 tốc độ với tốc độ tối đa 10 dặm/giờ.
Năm 1890, Daimler thành lập Daimler Motoren - Gesllschft để sản xuất các mẫu xe theo thiết kế của ông. Mười một năm sau đó, Wilhelm Mayback thiết kế ra xe Mercedes.
- Vào cuối thế kỷ 19 một kỹ sư người pháp ông Stevan đã nghĩ ra cách phân phối nhiên liệu khi dùng một máy nén khí. Sau đó một thời gian người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng đốt, nhưng việc này không đạt được hiệu quả cao nên không được thực hiện.
- Đến năm 1887 người mỹ đã có đóng góp to lớn trong việc khai triển hệ thống phun xăng vào sản xuất, áp dụng trên động cơ tỉnh tại.
- Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun xăng trên động cơ 4 thì tỉnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ máy là dầu hoả nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp), với sự đóng góp này đã đưa ra một công nghệ chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu máy bay ở Đức.
Từ đó trở đi, hệ thống phun xăng được áp dụng trên các ô tô ở Đức và nó đã thay dần động cơ sử dụng chế hoà khí. Hãng BOSCH đã áp dụng hệ thống phun xăng trên ô tô hai thì bằng cách cung cấp nhiên liệu với áp lực cao và sử dụng phương pháp phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt nên giá thành chế tạo cao và hiệu quả lại thấp với kỹ thuật này đã được ứng dụng trong thế chiến thứ II.
Việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun xăng bị gián đoạn trong một khoảng thời gian dài do chiến tranh, đến 1962 người Pháp phát triển nó trên ô tô Peugeot 404. Họ điều khiển sự phân phối nhiên liệu bằng cơ khí nên hiệu quả không cao và công nghệ vẫn chưa đáp ứng tốt. Đến năm 1966 hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng cơ khí. Trong hệ thống này nhiên liệu được phun liên tục vào trước xupáp nạp nên có tên là K-Jetronic (K- konstant-liên tục, Jetronic-phun). K-jetronic được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng thế hệ sau này.
- Vào năm 1981 hệ thống K-jetronic được cải tiến thành hệ thống KE- Jetronic và nó được sản xuất hàng loạt vào năm 1984 và được trang bị trên các xe của hãng Mescedes.
- Dù đã được thành công lớn trong ứng dụng hệ thống K-Jetronic và KE- Jetronic trên ô tô, nhưng các kiểu này có khuyết điểm là bảo dưỡng sửa chữa khó và giá thành chế tạo rất cao. Vì vậy các kỹ sư đã không ngừng nghiên cứu và đưa ra các loại khác như Mono-jetronic, L-Jetronic, Motronic.
Đến năm 1984 người Nhật mua bản quyền của hãng BOSCH đã ứng dụng hệ thống phun xăng L-Jetronic và D-jetronic trên các xe của hãng Toyota gọi là EFI (Electronic Fuel Injection). Đến năm 1987 hãng Nissan dùng L-Jetronic thay cho bộ chế hoà khí của xe Nissan sunny. Song song với việc phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình ESA (Electronic Spane Advance) cũng đã được sử dụng vào những năm đầu thập kỹ 80 và loại tích hợp, tức điều khiển cả phun xăng và đánh lửa của hãng BOSCH đặt tên là Motronic.
- Vào năm 1955, Mercedes - Benz đầu tiên ứng dụng phun xăng trực tiếp vào buồng cháy của động cơ 6 xilanh (Mercedes - Benz 300SL) với thiết bị bơm tạo áp suất phun của BOSCH. Tuy nhiên, việc ứng dụng này bị quên lãng do vào thời điểm đó các thiết bị điện tử chưa được phát triển và ứng dụng nhiều cho động cơ ô tô, nên việc điều khiển phun nhiên liệu của động cơ thuần tuý bằng cơ khí, và việc tạo hỗn hợp phân lớp cho động cơ chưa được nghiên cứu như ngày nay. Vì vậy, so với quá trình tạo hỗn hợp ngoài động cơ thì quá trình tạo hỗn hợp trong buồng đốt cũng không khả quan hơn nhưng kết cấu và giá thành thì cao hơn nhiều.
- Mãi đến năm 1996, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật điện tử, động cơ xăng ứng dụng phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt được Mitsubishi Motors đưa trở lại thị trường tại Nhật với tên mới đó là GDI (Gasoline direct injection), và tiếp theo đó nó xuất hiện tại châu Âu vào năm 1998. Mitsubishi
đã áp dụng kỹ thuật này sản xuất hơn 400.000 động cơ cho dòng xe 4 chỗ đến trước năm 1999.
- Tiếp theo sau, là hàng loạt các hãng nổi tiếng như PSA Peugeot Citron, Daimler Chrysler (với sự cho phép của Mitsubishi) cũng đã áp dụng kỹ thuật này cho dòng động cơ của mình vào khoảng năm 2000-2001. Volkswagen/Audi cũng cho ra mắt động cơ GDI vào năm 2001 nhưng dưới tên gọi FSI (Fuel Stratified Injection). BMW không chịu thua kém đã cho ra đời động cơ GDI V12.
- Các nhà sản xuất xe hàng đầu như General Motors cũng đã áp dụng kỹ thuật GDI cho động cơ của mình để cho ra đời dòng xe mới vào những năm 2002. Và sau cùng đó là Toyota cũng phải từ bỏ việc tạo hỗn hợp ngoài động cơ để chuyển sang tạo hỗn hợp trong buồng đốt và đã ra mắt thị trường với động cơ 2GR - FSE V6 vào đầu năm 2006.
Xu hướng phát triển của các nhà sản xuất ô tô hiện nay là nghiên cứu hoàn thiện quá trình hình thành hỗn hợp cháy để đạt được sự cháy kiệt, tăng tính kinh tế nhiên liệu và giảm được hàm lượng độc hại của khí xả thải ra môi trường. Công nghệ phun nhiên liệu trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection) là một giải pháp. Bộ chế hòa khí giờ đã trở nên lạc hậu. Vào những năm 70 của thế kỷ trước, việc hình thành hỗn hợp khí trong động cơ xăng vẫn được thực hiện nhờ bộ chế hoà khí, còn đối với động cơ Diesel được thực hiện nhờ bộ bơm cao áp vòi phun kiểu BOSCH. Đến nay, thời của chế hoà khí ngự trị đã qua từ lâu, và ngay cả hệ phun xăng điện tử kiểu cũ (phun xăng một điểm) cũng lùi vào dĩ vãng. Kiểu phun xăng điện tử đa điểm với mỗi xilanh một vòi phun và phun vào ngay phía trước họng xupap nạp đã lên ngôi và đang dần trở nên phổ thông, kể cả ở các xe trung bình chứ không chỉ có trên các xe cao cấp như trước kia.
Tuy nhiên, vào năm 1996 hãng Mitsubishi lần đầu tiên giới thiệu kiểu phun xăng trực tiếp vào buồng cháy GDI trên dòng xe Galant Legnum và là
một bước tiến kỳ diệu trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu. Với công nghệ GDI, khi động cơ hoạt động ở chế độ tải trọng nhỏ hỗn hợp xăng và không khí được hòa trộn ở trạng thái loãng tới mức khó tưởng tượng, còn khi ở chế độ tải trọng trung bình và lớn thì xăng được phun vào buồng cháy làm hai lần: Lần phun đầu tiên gọi là lần phun mồi được phun ở đầu quá trình nạp, còn lần phun chính được thực hiện ở cuối quá trình nén.
Kể từ 1998, động cơ GDI được sản xuất tương đối rộng rãi với nhiều dòng như:
- Toyota: dùng hệ thống GDI D4 với động cơ SZ, NZ, 1AZ-FSE, 3GR- FSE (trên Lexus GS300). Đặc biệt với động cơ 2GR-FSE V6 (trên Lexus IS 350) dùng công nghệ phun nhiên liệu tiên tiến hơn đó là kết hợp giữa phun trực tiếp và phun gián tiếp trên cùng một xilanh (một kim phun gián tiếp kiểu cũ với áp suất thấp và một kim phun trực tiếp áp suất cao), hệ thống này được gọi là D- 4S.
- Renault: Động cơ 2.0 IDE (Injection Direct Essence) lắp trên xe
Megane, Laguna.
- Volkswagen gọi công nghệ GDI là FSI (Fuel Stratified Injection) với các dòng động cơ : Lupo 1.4L FSI 16 soupape I4 105 HP, 2.0L FSI 16 soupape turbo tăng áp,...Về sau xu thế của Volkswagen khi sản xuất là dùng công nghệ FSI.
- PSA Peugeot Citroen (còn gọi công nghệ GDI là HPI), với dòng động cơ: EW10D 2.0L 16 soupape 140 HP mua bản quyền công nghệ từ Mitsubishi Motor, lắp trên xe Citroen C5 và Peugeot 406.
- Alfa Romeo (gọi GDI là JTS - Jet Thrust Stoichiometric) ứng dụng công nghệ này cho hầu hết các động cơ của Alfa.
- BMW ban đầu ứng dụng công nghệ GDI cho động cơ N73 V12, tuy nhiên còn nhiều khiếm khuyết như áp suất phun nhiên liệu thấp, không thể đưa
động cơ về chế độ nghèo xăng. Về sau hãng khắc phục bằng động cơ N52 I6. Động cơ N52 I6 được PSA hợp tác với BMW lắp trên xe Mini Cooper S.
- GM với động cơ: Ecotec 2.2L 155 HP lắp trên xe Opel, Vauxhall Vectra, Signum. 2.0L Ecotec kết hợp với công nghệ VVTi cho New Opel GT, Pontiac Solstice GXP, Saturn Sky Red Line, xe thể thao Chevrolet Cobalt, Chevrolet HHR. Động cơ 3.6L LLT lắp trên Cadillac STS, Cadillac CTS...
- Mercedes - Benz (gọi GDI là CGI), phát triển động cơ dùng công nghệ GDI và lắp trên CLS 350.
- Mazda (gọi là DISI - Direct Injection Spark Ignition), với các động cơ lắp trên Mazda 6, Mazda 3, xe thể thao Mazda CX-7.
Theo các chuyên gia đánh giá, loại động cơ GDI giúp tiết kiệm được 15% nhiên liệu so với động cơ phun xăng điện tử EFI thông thường. Tuy vậy, động cơ GDI cũng phải giải quyết một số vấn đề nan giải: Do nhiệt độ quá trình cháy tăng nhanh nên hàm lượng ôxit nitơ trong khí xả khá lớn, do đó phải sử dụng bộ xử lý khí xả (Catalyser) nhiều thành phần để tách NO2 thành khí nitơ và ôxi để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường. Động cơ phun xăng trực tiếp còn thường sử dụng đồng thời với các kỹ thuật khác như VVT, VVTi, luân hồi khí xả EGR… để đạt hiệu quả kinh tế và môi trường cao.
Hiện nay, tại Việt Nam vẫn chưa có nhà sản xuất nào thuộc VAMA (Hiệp hội Ô tô Việt Nam) sử dụng công nghệ GDI, hy vọng trong thời gian tới công nghệ này sẽ được trang bị trên các xe sản xuất tại Việt Nam để bắt kịp với xu thế công nghệ trên ô tô, dần loại bỏ những động cơ sử dụng hệ thống phun xăng đã lỗi thời, hướng đến việc tối ưu lượng nhiên liệu sử dụng trong quá trình động cơ hoạt động trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt và khả năng hạn chế tối đa lượng khí thải phát tán ra môi trường của công nghệ phun xăng GDI mang lại.
1.2. Nhiệm vụ của hệ thống phun xăng Nhiệm vụ [1]:
- Cung cấp hỗn hợp hòa khí sạch (xăng + không khí) cho động cơ đảm bảo số lượng và thành phần của hỗn hợp (thể hiện qua hệ số dư lượng không khí ).
- Đảm bảo lượng và tỷ lệ hòa khí phù hợp với các chế độ làm việc động
cơ.
1.3. Yêu cầu của hệ thống phun xăng
- Yêu cầu của hệ thống phun xăng [1]:
+ Hệ thống cung cấp nhiên liệu phải tạo được hỗn hợp giữa không khí và nhiên liệu có chất lượng tốt, nhiên liệu phải được hoà trộn đồng đều với toàn bộ lượng khí có trong buồng cháy (hỗn hợp cháy phải đồng nhất làm cho nhiên liệu cháy tốt nhất trong mọi chế độ làm việc của động cơ).
+ Cần phải đảm bảo tỉ lệ hòa trộn giữa không khí và nhiên liệu phù hợp với mọi chế độ làm việc của động cơ. Nếu chế độ làm việc của động cơ thay đổi thì không những phải thay đổi số lượng mà cần phải thay đổi thành phần hỗn hợp không khí nhiên liệu nạp vào động cơ.
+ Phần lớn nhiên liệu trong hỗn hợp ở dạng hơi xăng, phần còn lại được xé tơi ở dạng hạt có kích thước rất nhỏ. Vì hơi xăng sẽ giúp cho quá trình cháy được tốt, động cơ dễ khởi động khi máy còn nguội, nhiên liệu cháy được hoàn toàn, giảm nồng độ khí thải độc hại ra môi trường.
+ Phải đáp ứng kịp thời với sự thay đổi của góc bướm ga.
+ Phải có hệ thống cắt nhiên liệu khi giảm tốc để giảm mức tiêu hao nhiên
liệu.
+ Hệ số dư lượng không khí phải đồng đều giữa các xilanh, khi đó thì các
máy của động cơ làm việc một cách đồng đều và tạo ra mômen trên trục khuỷu
như nhau giúp cho động cơ làm việc ổn định và có thể đảm bảo tuổi thọ cho động cơ được cao hơn.
+ Hệ thống nhiên liệu còn cần phải làm việc bền vững tin cậy, dễ dàng kiểm tra bảo dưỡng và sửa chữa, kết cấu đơn giản dễ sử dụng và chế tạo.
+ Thành phần hỗn hợp cháy phải phù hợp với sự ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất môi trường, các chế độ làm việc và nhiệt độ của động cơ.
+ Lượng khí thải phải được kiểm tra để hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun vào cho chính xác.
1.4. Phân loại hệ thống phun xăng
1.4.1. Phân loại theo số vòi phun sử dụng
1.4.1.1. Hệ thống phun xăng đa điểm MPI (MultiPoint Injection)
Hệ thống bao gồm nhiều vòi phun xăng, mỗi vòi phun sẽ phun xăng vào vùng có nhiệt độ cao nhất của từng xilanh để xăng bay hơi nhanh.
v Ưu điểm:
- Công suất do động cơ tạo ra lớn hơn.
- Động cơ ít rung hơn, do đó tăng sự thoải mái khi lái xe.
- Hệ thống phản ứng nhanh khi bị tăng hoặc giảm tốc độ đột ngột.
- Tiêu thụ nhiên liệu hiệu quả hơn nên có thể đi được quãng đường x
hơn.
v Nhược điểm:
- Không có động lực tốt, ổ đĩa nóng.
- Chất lượng nhiên liệu yêu cầu phải tốt.
- Chi phí sửa chữa cao.
- Bảo dưỡng sửa chữa cần có trình độ chuyên môn cao, giá thành cao.
Hình 1.1. Hệ thống phun xăng đa điểm MPI
|
1.Bộ xúc tải khí thải 1 |
9.Cảm biến lưu lượng khí nạp |
|
2.Cảm biến ôxy |
10.Không khí vào |
|
3.Bộ điều chỉnh áp suất |
11.Bình hấp thụ hơi nhiên liệu |
|
4.Cảm biến vị trí trục cam |
12.Van điện tử xả |
|
5.Cảm biến vị trí bướm ga |
13.Van điện tử xả |
|
6.Điều khiển cầm chừng |
14.Cảm biến kích nổ |
|
7.Cảm biến nhiệt độ khí nạp |
15.Vòi phun |
|
8.Cảm biến áp suất khí trời |
16.Bộ xúc tác khí thải 2 |
1.4.1.2. Hệ thống phun xăng đơn điểm SPI (Single Point Injection)
Hệ thống phun xăng đơn điểm SPI chỉ có 1 vòi phun để phun xăng vào đường ống nạp, tạo hỗn hợp cung cấp cho tất cả các xilanh động cơ, thông thường vòi phun được bố trí cho xăng phun vào điểm phía trước bướm ga.
Hình 1.2. Hệ thống phun xăng đơn điểm SPI
|
1.Bộ xúc tác |
12.Đầu nối thiết bị chẩn đoán |
|
2.Cảm biến Lamda |
13.Cụm phun chính |
|
3.Bộ lọc nhiên liệu |
14.Cơ cấu chỉnh vị trí bướm ga |
|
4.Ống áp suất |
15.Cảm biến vị trí bướm ga |
|
5.Thùng nhiên liệu |
16.Bộ gia nhiệt đường ống |
|
6.Bộ lọc không khí |
17.Đường ống nạp |
|
7.Bộ điều áp |
18.Cảm biến tốc độ động cơ |
|
8. Vòi phun |
19.Cảm biến nhiệt độ động cơ |
|
9.Cảm biến nhiệt độ không khí |
20.Ắc quy |
|
10.Bình than hoạt tính |
21.Công tắc khởi động đánh lửa |
|
11.ECU |
22.Rơ le |
v Ưu điểm:
- Hệ thống có cấu tạo khá đơn giản.
- Chi phí chế tạo rẻ, thường chỉ xuất hiện ở những xe nhỏ.
v Nhược điểm:
- Tỷ lệ giữa không khí và xăng không phải lúc nào cũng đạt mức tối ưu vào khoảng 14,7:1, có thể thừa hoặc thiếu xăng, từ đó không đạt hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu.
- Dễ bị hỏng bơm nhiên liệu.
- Yêu cầu khắt khe về nhiên liệu.
...
KẾT LUẬN
Ô tô đang được sự dụng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện đi lại cá nhân cũng như vận chuyển hành khách và hàng hóa. Sự gia tăng nhanh chóng số lượng ô tô trong một vài năm trở lại đây, đặc biệt là các ô tô đời mới đang kéo theo vấn nạn ô nhiễm không khí. Đầu năm nay nước ta đã áp dụng tiêu chuẩn khí thải Euro 5 cho xe sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu ở nước ta.
Qua quá trình thực hiện đề tài: “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2018” em đã nắm rõ hơn
kiến thức cơ bản về lý thuyết, cấu tạo, hư hỏng, chẩn đoán của hệ thống nhiên liệu xăng EFI. Tuy chỉ nghiên cứu tìm hiểu hệ thống phun xăng điện tử một cách tổng quát trong một thời gian ngắn nhưng em cũng đã nhận ra được những ưu điểm cũng như đặc tính vượt trội của hệ thống này. Chính vì vậy hệ thống phun xăng điện tử đã vượt lên trên những hạn chế của những hệ thống nhiên liệu trước đây. Tuy chỉ mới ra đời nhưng nó đã được ứng dụng rộng rãi trên các loại phương tiện xe du lịch đặc biệt là xe con, và những tiềm năng của hệ thống này vẫn chưa được khai thác hết.
