Hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ phun xăng trực tiếp GDI

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

677
lượt xem 180
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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 các thiết bị phụ khác như: thùng nhiên liệu, lọc, bơm chuyển tiếp, van an toàn, … Hình 1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của một loại động cơ GDI. Ở động cơ GDI, nhiên liệu được đưa trực tiếp vào buồng đốt ở kỳ nạp hoặc kỳ nén. ...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ phun xăng trực tiếp GDI

Hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ phun xăng trực tiếp 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 các thiết bị phụ khác như: thùng nhiên liệu, lọc, bơm chuyển tiếp, van an toàn, … Hình 1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của một loại động cơ GDI. Ở động cơ GDI, nhiên liệu được đưa trực tiếp vào buồng đốt ở kỳ nạp hoặc kỳ nén. Để đưa được nhiên liệu vào buồng đốt động cơ trong kỳ nén, hệ thống nhiên liệu phải đáp ứng được yêu cầu áp suất phun nhiên liệu của kim phun phải lớn hơn áp suất trong buồng đốt ở kỳ nén, đồng thời để nhiên liệu được phun tơi hòa trộn tốt với không khí trong buồng đốt thì áp suất phun đòi hỏi phải lớn hơn áp suất không
khí trong buồng đốt ở kỳ nén rất nhiều (tỷ lệ này sẽ được xét phần sau). Việc tạo hỗn hợp trong buồng đốt động cơ GDI liên quan trực tiếp đến quá trình cung cấp nhiên liệu. Nếu việc cung cấp nhiên liệu không đạt yêu cầu sẽ dẫn tới quá trình tạo hỗn hợp không tốt và quá trình cháy sẽ không phát huy hết công suất của động cơ, nhiên liệu không được đốt cháy hoàn toàn sẽ gây ra tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường. Dựa trên cở sở điều khiển cung cấp nhiên liệu ở động cơ PFI, hệ thống cung cấp nhiên liệu DISC (direct – injection stratified – charge) của động cơ Diesel, hệ thống TCCS (Texeco controlled combustion system) dùng cho đ ộng cơ Diesel, hệ thống PROCO (Ford programmed combustion control system), … các nhà nghiên cứu đã cho ra đời hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ GDI. Những năm gần đây, nhờ sự phát triển của điện tử, máy tính, … hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ GDI ngày càng hoàn thiện hơn. Sau đây chúng ta sẽ xét những yêu cầu, cấu tạo, hoạt động của hệ thống nhiên liệu động cơ GDI. 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 chống, và hoà trộn đều khắp buồng đốt. Hệ thống buồng đốt của động cơ GDI được thiết kế có các vách dẫn hướng để nhiên liệu khi phun vào sẽ được dẫn hướng va chạm vào lớp không khí và được bốc ra từng lớp tạo điều kiện thuận lợi cho việc bốc hơi và hoà trộn tạo hỗn hợp đồng nhất. Hệ thống nhiên liệu còn phải đáp ứng được điều kiện tạo hỗn hợp phân lớp khi động cơ hoạt động chế độ tải nhỏ. 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 MPa – 13.0 MPa (tuỳ từng loại động cơ). Các kim phun được bố trí chung hệ thống common rail (hình 2), hệ thống này phải đảm bảo được việc tạo áp suất như yêu cầu vừa nêu và ổn định trong lúc kim hoạt động (vì trong quá trình phun có thể làm sụt áp suất trên đường ống sẽ ảnh hưởng đến chất lượng quá trình phun nhiên liệu). Đối với dòng nhiên liệu được phun vào buồng đốt nếu áp suất thấp nhiên liệu sẽ
bốc hơi và hoà trộn không tốt, tuy nhiên nếu phun với áp suất quá cao dòng nhiên nhiêu sẽ xuyên qua khối khí có thể va chạm vào thành của buồng đốt cũng không tốt cho việc bốc hơi. Hình 2 Sơ đồ hệ thống bơm, bộ phân phối. Yêu cầu của kim phun: Kim phun nhiên liệu của động cơ GDI được bố trí trực tiếp trong buồng đốt. Kim phun là một nhân tố cấu thành buồng đốt của động cơ GDI: một mặt, nó quyết định khoảng không gian thời gian và vị trí của dòng nhiên liệu cung cấp cho buồng đốt. Mặt khác, nó quyết định lượng nhiên liệu cấp vào buồng đốt để tạo ra tỷ lệ hỗn hợp chính xác và tạo ra vùng hỗn hợp đậm dễ cháy xung quanh bougie tại thời điểm đánh lửa. So với kim phun nhiên liệu ở động cơ PFI, thì yêu cầu đối với kim phun động cơ GDI đòi hỏi cao hơn nhiều. Trong thời gian ngắn từ 0.9 đến 6.0 ms phải đưa được lượng nhiên liệu từ 5 đến 60 mg vào buồng đốt và phải đạt được những yêu cầu trên. Mặt khác, vì kim phun được bố trí trực tiếp trong buồng đốt nên nó phải đáp
ứng được các yêu cầu tương tự như kim phun của động cơ Diesel (loại buồng đốt thống nhất). Các loại kim phun: Về cơ bản, thì kim phun hiện nay của loại động cơ GDI không thay đổi nhiều. Các nhà sản suất chủ yếu phát triển về việc độ tán nhỏ tia nhiên liệu khi phun. Bằng thực nghiệm, người ta chứng minh được góc độ phun tốt nhất của chùm tia phun từ 300 – 900. Để điều khiển kim phun, người ta dùng thay đổi điện áp hoặc thay đổi cường độ dòng điện cấp cho cuộn solenoid. Tuy nhiên, ở kim phun động cơ GDI sử dụng phương pháp điều khiển điện áp (về ưu nhược điểm của các phương pháp điều khiển này được đánh giá ở động cơ PFI). Để kim phun nhấc lên và nhiên liệu được phun vào đòi hỏi phải có thời gian từ lúc cấp điện đến khi ty kim nhấc lên và khi ty kim đóng cũng cần có thời gian để đóng lại hoàn toàn (thời gian này gọi là thời gian chết). Trong 1 chu trình hoạt động của động cơ thời gian để kim phun cấp nhiên liệu vào động cơ là rất ngắn (từ 0.9 – 6.0 ms nhất là khi động cơ hoạt động tốc độ cao) vì vậy, thời gian chết của kim phun cần phải được tính toán chính xác và cần thiết kế kim phun sao cho dòng điện cảm ứng do cuộn solenoid gây ra là nhỏ nhất. Đồng thời trong quá trình nhấc kim dòng nhiên liệu phun vào động cơ có thể làm thay đổi áp suất trên đường ống (common rail) và trong quá trình đóng kim đột ngột cũng làm dao động áp suất trong đường ống. + Kim phun một lỗ phun: Với áp suất phun từ 7.0 đến 10MPa, đường kính lỗ phun từ 14mm đến 23 mm, tia phun được phun ra dạng hình nón (góc đỉnh từ 250 đến 1500), dòng nhiên liệu phun vào buồng đốt cuộn xoáy. Trong quá trình ty kim nhấc lên mở lỗ phun nhưng không mở hoàn toàn mà chỉ từ 10 – 90 % đường kính của lỗ phun (DV90 – DV10).
Hình 3 Sơ đồ kết cấu kim phun một lỗ. + Kim phun nhiều lỗ phun: Ap suất phun từ 9.5 – 12.0 MPa, số lỗ từ 4 – 10 lỗ, góc phun từ 300 - 900. So với loại kim một lỗ loại này có ưu điểm khi nhiên liệu phun vào được tạo ra từ nhiều lỗ sẽ thuận lợi cho việc bốc hơi và hoà trộn. Tuy nhiên, với số lỗ nhiều thì đường kính các lỗ nhỏ hơn 1 lỗ nên dễ bị nghẹt (do đặt trực tiếp trong buồng cháy).
Hình 4 Sơ đồ góc phun của kim phun nhiều lỗ. + Kim phun có sự trợ giúp của dòng không khí (PPAA: Pulse – Pressurized, Air – Assisted): Dòng nhiên liệu đưa vào buồng đốt được sự trợ giúp của dòng không khí áp suất cao, đối loại kim này áp suất nhiên liệu trên đường ống common rail từ 0.07 – 0.35 MPa có thể tạo ra bằng bơm nhiên liệu thông thường như ở động cơ PFI, dòng không khí áp suất cao được tạo ra từ một bơm nén không khí khác. Ty kim được điều khiển bằng cuộn solenoid (có thể 1 hoặc 2 cuộn). Hình dạng và sơ đồ kết cấu kim phun PPAA như hình 5.
Hình 5 Hình dạng và kết cấu kim phun PPAA.