Bài giảng chương 2: Động cơ phun xăng trực tiếp (GDI)

Chia sẻ: Trần Nam Thắng | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:44

Thêm vào BST

Báo xấu

542
lượt xem 149
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cùng nắm kiến thức trong bài giảng "Động cơ phun xăng trực tiếp (GDI)" thông qua việc tìm hiểu các nội dung sau: lịch sử ra đời của động cơ phun xăng trực tiếp, cơ sở khoa học của động cơ phun xăng trực tiếp, kết cấu chung của động cơ phun xăng trực tiếp, các dạng buồng cháy của động cơ phun xăng trực tiếp.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng chương 2: Động cơ phun xăng trực tiếp (GDI)

Chöông 2 ÑOÄNG CÔ PHUN XAÊNG TRÖÏC 2.1. Lòch söû ra ñôøi (GDI) ñoäng cô phun TIEÁP cuûa xaêng tröïc tieáp. 2.2. Cô sôû khoa hoïc cuûa ñoäng cô phun xaêng tröïc tieáp. 2.3. Keát caáu chung cuûa ñoäng cô phun xaêng tröïc tieáp. 2.4. Caùc daïng buoàng chaùy cuûa ñoäng cô phun xaêng tröïc tieáp. 2.4.1. Caùc yeâu caàu cô baûn cuûa buoàng chaùy GDI. 2.4.2. Vò trí ñaët kim phun vaø bugi.
• 2.4.3. Caùc phöông phaùp taïo hoãn hôïp phaân lôùp trong buoàng ñoát ñoäng cô GDI. • 2.4.3.1. Heä thoáng buoàng ñoát kieåu Spray – Guide. • 2.4.3.2. Heä thoáng buoàng ñoát kieåu Wall – Guide. • 2.4.3.3. Heä thoáng buoàng ñoát kieåu Air – Guide. • 2.4.4. Caùc kieåu buoàng ñoát ñaàu tieân cuûa ñoäng cô GDI.
• 2.5. Heä thoáng cung caáp nhieân lieäu cuûa ñoäng cô phun xaêng tröïc tieáp. • 2.5.1. Yeâu caàu cuûa heä thoáng nhieân lieäu. • 2.5.2. Yeâu caàu cuûa aùp suaát phun. • 2.5.3. Yeâu caàu cuûa kim phun. • 2.5.4. Caùc loaïi kim phun. • 2.5.4.1. Kim phun moät loã phun. • 2.5.4.2. Kim phun nhieàu loã phun. • 2.5.4.3. Kim phun coù söï trôï giuùp cuûa doøng khoâng khí.
• 2.6. Keát caáu ñoäng cô GDI cuûa moät soá haõng treân theá giôùi. • 2.6.1. Keát caáu ñoäng cô GDI Mitsubishi. • 2.6.2. Keát caáu ñoäng cô GDI Toyota. • 2.6.3. Keát caáu ñoäng cô GDI Audi. • 2.6.4. Keát caáu ñoäng cô GDI Nissan. • 2.6.5. Keát caáu ñoäng cô GDI Ford. • 2.6.6. Keát caáu ñoäng cô GDI Mercedes – Benz. • 2.7. Keát luaän.
2.1. Lòch söû ra ñôøi cuûa ñoäng cô phun xaêng tröïc tieáp: Vaøo naêm 1955, Mercedes – Benz ñaàu tieân öùng duïng phun xaêng tröïc tieáp vaøo buoàng chaùy cuûa ñoäng cô 6 cylinder (Mercedes – Benz 300SL) vôùi thieát bò bôm taïo aùp suaát phun cuûa Bosch. Tuy nhieân, vieäc öùng duïng naøy bò queân laõng do vaøo thôøi ñieåm ñoù caùc thieát bò ñieän töû chöa ñöôïc phaùt trieån vaø öùng duïng nhieàu cho ñoäng cô oâtoâ, neân vieäc ñieàu khieån phun nhieân lieäu cuûa ñoäng cô thuaàn tuyù baèng cô khí, vaø vieäc taïo hoãn hôïp phaân lôùp cho ñoäng cô chöa ñöôïc nghieân cöùu nhö ngaøy nay. Vì vaäy,
khoa hoïc kyõ thuaät ñieän töû, ñoäng cô xaêng öùng duïng phun nhieân lieäu tröïc tieáp vaøo buoàng ñoát ñöôïc Mitsubishi Motors ñöa trôû laïi thò tröôøng taïi Nhaät vôùi teân môùi ñoù laø GDI (Gasoline direct injection), vaø tieáp theo ñoù noù xuaát hieän taïi chaâu AÂu vaøo naêm 1998. Mitsubishi ñaõ aùp duïng kyõ thuaät naøy saûn xuaát hôn 400.000 ñoäng cô cho doøng xe 4 choã ñeán tröôùc naêm 1999. Tieáp theo sau, laø haøng loaït caùc haõng noåi tieáng nhö PSA Peugeot Citroën, Daimler Chrysler (vôùi söï cho pheùp cuûa Mitsubishi) cuõng ñaõ aùp duïng kyõ thuaät naøy cho doøng ñoäng cô cuûa mình vaøo khoaûng naêm 2000 – 2001. Volkswagen/Audi cuõng cho ra maét ñoäng cô GDI vaøo naêm 2001 nhöng döôùi teân goïi FSI (Fuel Stratified Injection). BMW khoâng chòu thua keùm ñaõ cho ra ñôøi ñoäng cô GDI V12.
Caùc nhaø saûn xuaát xe haøng ñaàu nhö General Motors cuõng ñaõ aùp duïng kyõ thuaät GDI cho ñoäng cô cuûa mình ñeå cho ra ñôøi doøng xe môùi vaøo nhöõng naêm 2002. Vaø sau cuøng ñoù laø Toyota cuõng phaûi töø boû vieäc taïo hoãn hôïp ngoaøi ñoäng cô ñeå chuyeån sang taïo hoãn hôïp trong buoàng ñoát vaø ñaõ ra maét thò tröôøng vôùi ñoäng cô 2GR – FSE V6 vaøo ñaàu naêm 2006.
2.2. Cô sôû khoa hoïc cuûa ñoäng cô phun xaêng tröïc tieáp: Söï taêng giaù ñoät bieán cuûa xaêng daàu, vaø tieâu chuaån veà khí thaûi cuûa ñoäng cô oâtoâ ngaøy caøng khaéc khe buoäc caùc nhaø khoa hoïc treân theá giôùi khoâng ngöøng nghieân cöùu tìm ra bieän phaùp nhaèm tieát kieäm nhieân lieäu keøm theo giaûm khí thaûi ôû ñoäng cô ñoát trong. Nhieàu giaûm phaùp ñöôïc ñöa ra, moät trong nhöõng giaûi phaùp ñöôïc xem laø thaønh coâng nhaát hieän nay (aùp duïng cho ñoäng cô söû duïng nhieân lieäu xaêng) ñoù laø cho ra ñôøi ñoäng cô GDI (hoãn hôïp
ñoäng cô söû duïng nhieân lieäu Diesel (taïo hoãn hôïp beân trong buoàng ñoát) ta thaáy raèng: cuøng moät coâng suaát phaùt ra nhöng suaát tieâu hao nhieân lieäu ôû ñoäng cô Diesel thaáp hôn ñoái vôùi ñoäng cô xaêng. Moät phaàn laø do ñaëc tính cuûa nhieân lieäu khaùc nhau, nhöng caùi chính ôû ñaây laø quaù trình taïo hoãn hôïp vaø ñoát chaùy hoãn hôïp cuûa 2 loaïi ñoäng cô naøy raát khaùc bieät nhau. Tuy nhieân, chuùng ta chöa theå öùng duïng ñoäng cô Diesel cho xe du lòch ñöôïc laø vì ñoäng cô naøy coù moät soá nhöôïc ñieåm: tieáng oàn ôû ñoäng cô naøy cao so vôùi ñoäng cô xaêng, khaû naêng taêng toác cuûa ñoäng cô naøy thaáp hôn ñoäng cô xaêng, vaø ñaëc bieät laø khí thaûi ôû ñoäng cô naøy oâ nhieãm cao hôn ñoái vôùi ñoäng cô xaêng.
xaêng vaø Diesel ñeå coù theå cho ra ñôøi moät loaïi ñoäng cô môùi coù theå ñaùp öùng ñöôïc caùc nhu caàu veà khí thaûi, suaát tieâu hao nhieân lieäu, khaû naêng taêng toác, tieáng oàn, … nhö ñaõ neâu treân. Khi xem xeùt quaù trình taïo hoãn hôïp vaø ñoát chaùy hoãn hôïp ôû ñoäng cô Diesel ta nhaän thaáy coù caùc öu ñieåm: hoãn hôïp ñöôïc taïo beân trong buoàng ñoát, cuõng nhôø vaøo söï taïo hoãn hôïp naøy maø ñoäng cô Diesel coù theå hoaït ñoäng khi heä soá dö löôïng khoâng khí λ töø 1.4 – 1.8 (cuõng laø nguyeân nhaân noàng ñoä NOx ôû khí thaûi cuûa ñoäng cô Diesel cao hôn cuûa ñoäng cô xaêng). Do ñaëc tính cuûa hai nhieân lieäu khaùc nhau neân quaù trình hình thaønh taâm chaùy cuõng khaùc nhau, vì vaäy ñoäng cô xaêng PFI khoâng theå hoaït ñoäng vôùi tyû leä λ nhö treân. Caàn phaûi coù moät phöông phaùp taïo hoãn hôïp khaùc vôùi phöông phaùp
– FM (Maschinenfabrik Auguburg – Nurnberg), PROCO (Ford programmed combustion control), heä thoáng ñieàu khieån TCCS (Texaco Controlled Combustion System) caùc nhaø nghieân cöùu cho ra ñôøi kieåu buoàng chaùy phun nhieân lieäu tröïc tieáp & phaân lôùp ñaàu tieân (DISC: direct – injection, stratified – charge). Vôùi kieåu buoàng chaùy naøy, ñoäng cô coù theå hoaït ñoäng Hình 2.2 – 1 Heä ñöôïc khi tyû leä air/fuel vaøo thoáng buoàng ñoát khoaûng 20:1. Ñaây quaû laø MAN – FM. moät böôùc tieán nhaûy voït cho ñoäng cô xaêng, vaø laø tieàn ñeà cho caùc theá heä
hoïc caùch ñaây hôn hai thaäp kyû theá heä ñoäng cô xaêng PFI ra ñôøi ñaõ thay theá ñoäng cô xaêng söû duïng carburattor, vaø öu ñieåm vöôït troäi cuûa loaïi ñoäng cô xaêng PFI maø chuùng ta ñaõ bieát. Cuõng gaàn ñaây, söï xuaát hieän cuûa ñoäng cô GDI cuõng ñaõ daàn daàn thay theá ñoäng cô PFI. Veà öu nhöôïc ñieåm cuûa ñoäng cô GDI so vôùi ñoäng cô PFI (hình 2.2 – 2) ñöôïc khaùi quaùt nhö sau: - Nhôø vaøo khaû naêng taïo hoãn hợp beân trong buoàng ñoát neân ôû ñoäng cô GDI coù theå kieåm soaùt ñöôïc chính xaùc löôïng nhieân lieäu ñöa vaøo buoàng ñoát trong moãi chu trình hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô, khaéc phuïc ñöôïc nhöôïc ñieåm phun treân oáng naïp nhieân lieäu bò baùm vaøo thaønh oáng.
tröïc tieáp vaø keát caáu cuûa buoàng ñoát neân ñoäng cô GDI coù theå hoaït ñoäng vôùi tyû leä air/fuel raát loaõng ñaûm baûo cho ñoäng cô chaùy saïch, tieát kieäm nhieân lieäu toái ña, giaûm noàng ñoä khí thaûi oâ nhieãm (nhôø phaùt huy ñöôïc taùc duïng boä xuùc taùc dual – catalyst). - Tyû soá neùn cuûa ñoäng cô GDI ñöôïc naâng cao hôn so vôùi ñoäng cô PFI neân coâng suaát cuûa ñoäng cô GDI lôùn hôn 10% so vôùi ñoäng cô PFI cuøng dung tích cylindre. Keát caáu cuûa heä thoáng taêng aùp cho ñoäng cô GDI thieát keá ñöôïc hoaøn thieän hôn do ñoäng cô coù theå hoaït ñoäng vôùi hoãn hôïp cöïc ngheøo.
buoàng ñoát neân ñoøi aùp suaát phun phaûi lôùn hôn raát nhieàu so vôùi kieåu phun PFI, keát caáu kim phun phaûi ñaùp öùng ñöôïc ñieàu kieän khaéc nghieät cuûa buoàng chaùy, heä thoáng ñieàu khieån phun nhieân lieäu phöùc taïp hôn nhieàu do hoãn hôïp taïo ra phöùc taïp hôn ôû ñoäng cô PFI, keát caáu buoàng ñoát cuõng phöùc taïp hôn do phaûi baûo ñaûm ñöôïc ñieàu kieän hoãn hôïp coù theå chaùy ñöôïc trong ñieàu kieän cöïc ngheøo… Hình 2.2 – 2 Keát caáu buoàng ñoát PFI
2.3. Keát caáu chung cuûa ñoäng cô phun xaêng tröïc tieáp: Keát caáu ñoäng cô GDI cuõng töông töï nhö ñoäng cô PFI, ñieåm khaùc nhau cô baûn laø heä thoáng buoàng chaùy, heä thoáng nhieân lieäu, vaø heä thoáng ñieàu khieån nhieân lieäu vaø ñaùnh löûa (ECU). Ôû boä xöû lyù khí thaûi, ñoäng cô GDI coù boá trí theâm moät boä xuùc taùc nöõa (boä xuùc taùc keùp) ñeå coù theå xöû lyù khí thaûi khi ñoäng cô hoaït ñoäng cheá ñoä hoãn hôïp ngheøo.
Hình 2.3 – 1 Sô ñoà keát caáu cuûa moät loaïi ñoäng cô GDI.
2.4. Caùc daïng buoàng chaùy cuûa ñoäng cô phun xaêng tröïc tieáp: 2.4.1.Caùc yeâu caàu cô baûn cuûa buoàng chaùy GDI: Heä thoáng buoàng chaùy cuûa ñoäng cô GDI hoaøn thieän phaûi ñaûm baûo ñöôïc caû 2 yeáu toá: - Taïo hoãn hôïp ñoàng nhaát vaø phaân lôùp, giöõa caùc lôùp khoâng coù ñöôøng chuyeån tieáp. - Taïo ñöôïc moät vuøng hoãn hôïp ñaäm (deã chaùy) xung quanh bougie vaø phaûi ñuùng ngay thôøi ñieåm ñaùnh löûa cuûa ñoäng cô.
Ñeå thoûa maõn 2 yeâu caàu treân, ngöôøi ta ñöa ra moät Vôùi caùc daïng buoàng soá kieåu buoàng ñoát keát hôïp vôùi vieäc ñaët kim phun vaø ñoát nhö hình 2.4 – 1, nhieân bougie:phun ra nhôø söï cuoän lieäu xoaùy, nhaøo troän cuûa doøng khoâng khí vaø hình daïng cuûa buoàng ñoát seõ boác hôi vaø hoaø troän nhanh choùng. Ñoái vôùi daïng buoàng ñoát hình 2.4 -1a, kim phun ñöôïc ñaët ngay giöõa trung taâm, vò trí cuûa bougie ñöôïc boá trí nhö hình beân. Hình 2.4 – 1 Caùc daïng cô baûn cuûa buoàng ñoát GDI.
Caùch boá trí thöù 2, bougie ñöôïc ñaët ngay trung taâm kim phun ñöôïc boá trí sao cho doøng nhieân lieäu khi phun vaøo giai ñoaïn ñaàu seõ boác hôi taïo hoãn hôïp ñoàng nhaát, giai ñoaïn sau khi piston leân gaàn ñieåm cheát treân seõ cuoän xoaùy theo bieân daïng cuûa buoàng chaùy vaø taïo ra hoãn hôïp ñaäm xung quanh ñænh bougie nhö hình 2.4 – 1b. Töông töï, kieåu buoàng ñoát hình 2.4 – 1c,d cuõng taïo ra hoãn hôïp nhö treân nhöng kim phun vaø bougie ñöôïc boá trí trong phaïm vi choûm cuûa buoàng ñoát (piston hoaëc culasse) döïa vaøo bieân daïng naøy ñeå taïo ra hoãn hôïp ñaäm xung quanh ñaàu bougie.
2.4.2. Vò trí ñaët kim phun vaø bougie: Hình 2.4 – 2 Moái quan heä giöõa vò trí kim phun vaø bougie trong buoàng ñoát ñoäng cô GDI.