GDI Engine

Click here to load reader

  • date post

    05-Aug-2015
  • Category

    Documents

  • view

    444
  • download

    4

Embed Size (px)

Transcript of GDI Engine

H thng cung cp nhin liu ca ng c phun xng trc tip GDI [13/04/2010]H thng nhin liu ca ng c GDI v c bn bao gm: bm to p sut phun, h thng phn phi v n nh p sut (common rail), kim phun, h thng iu khin phun, v cc thit b ph khc nh: thng nhin liu, lc, bm chuyn tip, van an ton,

Hnh 1 S h thng nhin liu ca mt loi ng c GDI. ng c GDI, nhin liu c a trc tip vo bung t k np hoc k nn. a c nhin liu vo bung t ng c trong k nn, h thng nhin liu phi p ng c yu cu p sut phun nhin liu ca kim phun phi ln hn p sut trong bung t k nn, ng thi nhin liu c phun ti ha trn tt vi khng kh trong bung t th p sut phun i hi phi ln hn p sut khng kh trong bung t

k nn rt nhiu (t l ny s c xt phn sau). Vic to hn hp trong bung t ng c GDI lin quan trc tip n qu trnh cung cp nhin liu. Nu vic cung cp nhin liu khng t yu cu s dn ti qu trnh to hn hp khng tt v qu trnh chy s khng pht huy ht cng sut ca ng c, nhin liu khng c t chy hon ton s gy ra tiu hao nhin liu v nhim mi trng. Da trn c s iu khin cung cp nhin liu ng c PFI, h thng cung cp nhin liu DISC (direct injection stratified charge) ca ng c Diesel, h thng TCCS (Texeco controlled combustion system) dng cho ng c Diesel, h thng PROCO (Ford programmed combustion control system), cc nh nghin cu cho ra i h thng cung cp nhin liu cho ng c GDI. Nhng nm gn y, nh s pht trin ca in t, my tnh, h thng cung cp nhin liu ca ng c GDI ngy cng hon thin hn. Sau y chng ta s xt nhng yu cu, cu to, hot ng ca h thng nhin liu ng c GDI. Yu cu ca h thng nhin liu: Yu cu ca h thng nhin liu l phi cung cp nhin liu vi lng chnh xc, khi nhin liu phun vo bung t phi c bc hi nhanh chng, v ho trn u khp bung t. H thng bung t ca ng c GDI c thit k c cc vch dn hng nhin liu khi phun vo s c dn hng va chm vo lp khng kh v c bc ra tng lp to iu kin thun li cho vic bc hi v ho trn to hn hp ng nht. H thng nhin liu cn phi p ng c iu kin to hn hp phn lp khi ng c hot ng ch ti nh. Yu cu ca p sut phun: kim phun c th phun vo bung t vo k nn th p sut nhin liu phi t 4.0 MPa 13.0 MPa (tu tng loi ng c). Cc kim phun c b tr chung h thng common rail (hnh 2), h thng ny phi m bo c vic to p sut nh yu cu va nu v n nh trong lc kim hot ng (v trong qu trnh phun c th lm st p sut trn ng ng s nh hng n cht lng qu trnh phun nhin liu). i vi dng nhin liu c phun vo bung t nu p sut thp nhin liu s bc hi v ho trn khng tt, tuy nhin nu phun vi p sut qu cao dng nhin nhiu s xuyn qua khi kh c th va chm vo thnh ca bung t cng khng tt cho vic bc hi.

Yu cu ca kim phun:

Hnh 2 S h thng bm, b phn phi.

Kim phun nhin liu ca ng c GDI c b tr trc tip trong bung t. Kim phun l mt nhn t cu thnh bung t ca ng c GDI: mt mt, n quyt nh khong khng gian thi gian v v tr ca dng nhin liu cung cp cho bung t. Mt khc, n quyt nh lng nhin liu cp vo bung t to ra t l hn hp chnh xc v to ra vng hn hp m d chy xung quanh bougie ti thi im nh la. So vi kim phun nhin liu ng c PFI, th yu cu i vi kim phun ng c GDI i hi cao hn nhiu. Trong thi gian ngn t 0.9 n 6.0 ms phi a c lng nhin liu t 5 n 60 mg vo bung t v phi t c nhng yu cu trn. Mt khc, v kim phun c b tr trc tip trong bung t nn n phi p ng c cc yu cu tng t nh kim phun ca ng c Diesel (loi bung t thng nht). Cc loi kim phun:

V c bn, th kim phun hin nay ca loi ng c GDI khng thay i nhiu. Cc nh sn sut ch yu pht trin v vic tn nh tia nhin liu khi phun. Bng thc nghim, ngi ta chng minh c gc phun tt nht ca chm tia phun t 300 900. iu khin kim phun, ngi ta dng thay i in p hoc thay i cng dng in cp cho cun solenoid. Tuy nhin, kim phun ng c GDI s dng phng php iu khin in p (v u nhc im ca cc phng php iu khin ny c nh gi ng c PFI). kim phun nhc ln v nhin liu c phun vo i hi phi c thi gian t lc cp in n khi ty kim nhc ln v khi ty kim ng cng cn c thi gian ng li hon ton (thi gian ny gi l thi gian cht). Trong 1 chu trnh hot ng ca ng c thi gian kim phun cp nhin liu vo ng c l rt ngn (t 0.9 6.0 ms nht l khi ng c hot ng tc cao) v vy, thi gian cht ca kim phun cn phi c tnh ton chnh xc v cn thit k kim phun sao cho dng in cm ng do cun solenoid gy ra l nh nht. ng thi trong qu trnh nhc kim dng nhin liu phun vo ng c c th lm thay i p sut trn ng ng (common rail) v trong qu trnh ng kim t ngt cng lm dao ng p sut trong ng ng. + Kim phun mt l phun: Vi p sut phun t 7.0 n 10MPa, ng knh l phun t 14mm n 23 mm, tia phun c phun ra dng hnh nn (gc nh t 250 n 1500), dng nhin liu phun vo bung t cun xoy. Trong qu trnh ty kim nhc ln m l phun nhng khng m hon ton m ch t 10 90 % ng knh ca l phun (DV90 DV10).

+ Kim phun nhiu l phun:

Hnh 3 S kt cu kim phun mt l.

Ap sut phun t 9.5 12.0 MPa, s l t 4 10 l, gc phun t 300 - 900. So vi loi kim mt l loi ny c u im khi nhin liu phun vo c to ra t nhiu l s thun li cho vic bc hi v ho trn. Tuy nhin, vi s l nhiu th ng knh cc l nh hn 1 l nn d b nght (do t trc tip trong bung chy).

Hnh 4 S gc phun ca kim phun nhiu l. + Kim phun c s tr gip ca dng khng kh (PPAA: Pulse Pressurized, Air Assisted): Dng nhin liu a vo bung t c s tr gip ca dng khng kh p sut cao, i loi kim ny p sut nhin liu trn ng ng common rail t 0.07 0.35 MPa c th to ra bng bm nhin liu thng thng nh ng c PFI, dng khng kh p sut cao c to ra t mt bm nn khng kh khc. Ty kim c iu khin bng cun solenoid (c th 1 hoc 2 cun). Hnh dng v s kt cu kim phun PPAA nh hnh 5.

C s khoa hc ca ng c phun xng trc tip

Hnh 5 Hnh dng v kt cu kim phun PPAA. [14/03/2010]

S tng gi t bin ca xng du, v tiu chun v kh thi ca ng c t ngy cng khc khe buc cc nh khoa hc trn th gii khng ngng nghin cu tm ra bin php nhm tit kim nhin liu km theo gim kh thi ng c t trong.

Nhiu gim php c a ra, mt trong nhng gii php c xem l thnh cng nht hin nay (p dng cho ng c s dng nhin liu xng) l cho ra i ng c GDI (hn hp c to bn trong bung t ca ng c, vi s np v chy phn lp). So snh gia ng c s dng nhin liu xng (to hn hp bn ngoi) v ng c s dng nhin liu Diesel (to hn hp bn trong bung t) ta thy rng: cng mt cng sut pht ra nhng sut tiu hao nhin liu ng c Diesel thp hn i vi ng c xng. Mt phn l do c tnh ca nhin liu khc nhau, nhng ci chnh y l qu trnh to hn hp v t chy hn hp ca 2 loi ng c ny rt khc bit nhau. Tuy nhin, chng ta cha th ng dng ng c Diesel cho xe du lch c l v ng c ny c mt s nhc im: ting n ng c ny cao so vi ng c xng, kh nng tng tc ca ng c ny thp hn ng c xng, v c bit l kh thi ng c ny cao hn i vi ng c xng. Gn ba thp k nay, ngi ta lun tm cch kt hp nhng u im ca ng c xng v Diesel c th cho ra i mt loi ng c mi c th p ng c cc nhu cu v kh thi, sut tiu hao nhin liu, kh nng tng tc, ting n, nh nu trn. Khi xem xt qu trnh to hn hp v t chy hn hp ng c Diesel ta nhn thy c cc u im: hn hp c to bn trong bung t, cng nh vo s to hn hp ny m ng c Diesel c th hot ng khi h s d lng khng kh t 1.4 1.8 (cng l nguyn nhn nng NOx kh thi ca ng c Diesel cao hn ca ng c xng). Do c tnh ca hai nhin liu khc nhau nn qu trnh hnh thnh tm chy cng khc nhau, v vy ng c xng PFI khng th hot ng vi t l nh trn. Cn phi c mt phng php to hn hp khc vi phng php PFI, l vn t ra.

Hnh 1 H thng bung t MAN FM

Da trn c s ca cc kiu bung chy MAN FM (Maschinenfabrik Auguburg Nurnberg), PROCO (Ford programmed combustion control), h thng iu khin TCCS (Texaco Controlled Combustion System) cc nh nghin cu cho ra i kiu bung chy phun nhin liu trc tip & phn lp u tin (DISC: direct injection, stratified charge). Vi kiu bung chy ny, ng c c th hot ng c khi t l air/fuel vo khong 20:1. y qu l mt bc tin nhy vt cho ng c xng, v l tin cho cc th h sau ca ng c GDI.

Nh vo s pht trin ca in t, tin hc cch y hn hai thp k th h ng c xng PFI ra i thay th ng c xng s dng carburattor, v u im vt tri ca loi ng c xng PFI m chng ta bit.

Cng gn y, s xut hin ca ng c GDI cng dn dn thay th ng c PFI. V u nhc im ca ng c GDI so vi ng c PFI (hnh 2) c khi qut nh sau: Nh vo kh nng to hn hp bn trong bung t nn ng c GDI c th kim sot c chnh xc lng nhin liu a vo bung t trong mi chu trnh hot ng ca ng c, khc phc c nhc im phun trn ng np nhin liu b bm vo thnh ng. Cng nh vo vic phun nhin liu trc tip v kt cu ca bung t nn ng c GDI c th hot ng vi t l air/fuel rt long m bo cho ng c chy sch, tit kim nhin liu ti a, gim nng kh thi nhim (nh pht huy c tc dng b xc tc dual catalyst). T s nn ca ng c GDI c nng cao hn so vi ng c PFI nn cng sut ca ng c GDI ln hn 10% so vi ng c PFI cng dung tch cylindre. Kt cu ca h thng tng p cho ng c GDI thit k c hon thin hn do ng c c th hot ng vi hn hp cc ngho. Tuy nhin, do nhin liu c phun vo bung t nn i p sut phun phi ln hn rt nhiu so vi kiu phun PFI, kt cu kim phun phi p ng c iu kin khc nghit ca bung chy, h thng iu khin phun nhin liu phc tp hn nhiu do hn hp to ra phc tp hn ng c PFI, kt cu bung t cng phc tp hn do phi bo m c iu kin hn hp c th chy c trong iu kin cc ngho

C th ni, trong ngnh cng nghip xe hi, ng c xng l loi c ng dng nhiu nht. Sau y l mt vi loi ng c xng v ang c mt trong rt nhiu loi xe trn ton th gii. 1. ng c xng lean burn

Hnh 2 Kt cu bung t PFI v GDI

1. ng c xng lean burn. V c bn, loi ng c chy bng hn hp kh - nhin liu ngho th gi l ng c lean burn. i tin phong trong cng ngh ny phi k n cc nh sn xut xe hi Nht Bn, dn u l Toyota. Nhn b ngoi, hn hp kh - nhin liu cng ngho th ng c cng tit kim xng. Tuy nhin, c hai l do khng cho php ng c thng thng chy bng hn hp kh - nhin liu ngho, l nu hn hp qu ngho, ng c s khng t chy c, v theo l t nhin, s tp trung nhin liu ngho s dn n cng sut thp. ng c lean burn trnh nhng vn k trn bng cch ng dng qu trnh pha trn hiu qu cao. Chng s dng loi pittong c hnh dng c bit vi ng gp c t v to gc ph hp, lung khng kh i vo s to ra gi xoy bn trong bung t. Gi xoy gip hon thin qu trnh pha trn nhin liu v khng kh, t gim ng k cc ht nhin liu kh ha ln v khng chy c trong ng c thng thng. Nh vy, qu trnh t chy s c hon thin, khng ch gim cc cht gy nhim m cn h t s nhin liu/khng kh t 1:14 n 1:25 nhng vn gi nguyn cng sut. Hin nay, cng ngh lean burn c ng dng vo ng c phun trc tip (DI). V bn cht, DI vn l loi ng c c c trang b thm thit b bm nhin liu trc tip. Cc hng xe hi Nht Bn nh Toyota, Mitsubishi v Nissan u tp trung vo vic pht trin cng loi ng c DI ny. 2. ng c phun xng trc tip