Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4G64 trên xe Mitsubishi Zinger
MỤC LỤC
Hình 4-25 Bơm nhiên liệu kiểu màng 58
Hình 4-26 Bơm màng điều khiển bằng điện 59
5.3 Tính toán nhiệt 71
5.3.1. Thông số ban đầu 71
Bảng 5-1 Các thông số của động cơ 71
 Quá trình nạp 72
 Quá trình nén 73
 Quá trình cháy 74
 Quá trình giãn nở 76
 Các thông số chỉ thị 77
 Các thông số có ích 77
5.3.4. Xây dựng đồ thị công 78
LỜI NÓI ĐẦU
Trong xu thế phát triển của thế giới ngày nay nói chung, và của VIỆT NAM
nói riêng thì ngành công nghiệp ô tô là một ngành không thể thiếu và đóng vai trò
hết sức quan trọng. Nó giúp nền công nghiệp chung của cả thế giới phát triển, đồng
thời nó là phương tiện chuyên chở đáp ứng nhu cầu vận tải và đi lại của con người,
nó đóng vai trò quan trọng và thúc đẩy tất cả các ngành nghề và dịch vụ khác cùng
phát triển theo.
Nắm rõ được tầm quan trọng của ngành nghề và sự đam mê của bản thân, khi
sắp tốt nghiệp đại học để trở thành một kỹ sư của ngành ôtô, thì việc củng cố và bồi
bổ thêm kiến thức chuyên ngành là hết sức quan trọng, và qua đợt thực tập tốt
nghiệp vừa rồi em có cơ hội được tiếp xúc trực tiếp với nhiều dòng xe của các hãng
khác nhau, đặc biệt được thực hành và tìm hiểu nhiều nhất trên các loại xe của
hãng Mitsubishi. Chính vì vậy em đã chọn đề tài tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống cung
cấp nhiên liệu động cơ 4G64 trên xe Mitsubishi Zinger.
Do kiến thức của bản thân còn hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều và thời gian có
hạn nên đồ án này của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong thầy giáo
hướng dẫn và các thầy cô trong bộ môn tận tình chỉ bảo thêm để đồ án của em được

liệu sẽ giúp chúng ta nắm vững những kiến thức cơ bản để nâng cao hiệu quả khi sử
dụng, khai thác, sửa chữa, cải tiến và chế tạo chúng. Ngoài ra nó còn bổ sung thêm
nguồn tài liệu để phục vụ học tập và công tác sau này.
2. Giới thiệu chung về động cơ 4G64
2
13
14
15
16
17
18
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4G64 trên xe Mitsubishi Zinger
Xe Mitsubishi Zinger là loại xe du lịch 8 chỗ ngồi, dùng cho gia đình và cơ
quan….sử dụng loại động cơ 4G64, được hãng Mitsubishi sản xuất đưa ra thị
trường Đài Loan vào 12/2005, nhưng phải đến tận 09/2008 Mitsubishi Zinger mới
có mặt tại thị trường Việt Nam.
Mitsubishi giới thiệu 2 phiên bản mới tại thị trường Việt Nam, Zinger GLS và
Zinger GL, do trang bị nội thất có một số khác biệt. Mitsubishi Zinger tại Việt Nam
được trang bị động cơ 4L 2.4L SOHC (4G64), dung tích 2.315cc, công suất cực đại
đạt 139 mã lực tại tốc độ động cơ 5.250 vòng/phút, mô-men xoắn cực đại 207 N.m
tại tốc độ động cơ 4000 vòng/phút, tỉ số nén 9,5.
Hệ thống nhiên liệu dùng trên xe là loại phun xăng đa điểm MPI (multipoint fuel
injection) mỗi xi lanh có 1 vòi phun tương ứng.Hình 2-1 Mặt cắt dọc động cơ 4G64
 !"#$%&'()*+
,%!&-.%/01+203456781%&'!
56+209


Buồng đốt Kiểu thống nhất
Bố trí cam SOHC (cam đơn)
Số valve
Hút 8
Xả 8
Thời điểm
đóng mở van
Hút
Mở BTDC 16
0
Đón
g
ABDC 53
0
Xả
Mở BBDC 50
0
Đón
g
ATDC 16
0
Hệ thống nhiên liệu Phun nhiên liệu đa điểm điều khiển điện
tử - MPI (Multipoint fuel injection)
Con đội Kiểu con lăn
4
1
2
3
4
5

*B<CC66,>669
#$%"&'(
 Hệ thống đánh lửa điện tử độc lập không sử dụng bộ chia điện mà sử dụng
cuộn dây đánh lửa, mỗi cuộn dây được điều khiển bởi một transistor công suất
(cũng được kết hợp thành một khối duy nhất).
Phần tín hiệu của hệ thống đánh lửa không dùng bộ chia điện nhận tín hiệu từ
cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí điểm chết trên và cảm biến trục cam để
xác định thời điểm chính xác để tạo ra tia lửa điện và buzi nào cần được điều khiển
để đánh lửa.
Cuộn dây sơ cấp của cuộn cao áp được nối đến mỗi đầu buzi. Do đó các buzi
luôn luôn hoạt động độc lập.
Khi transistor công suất được bật “ON” bởi tín hiệu từ bộ Engine-ECU, thì
dòng sơ cấp đi qua cuộn dây. Khi transistor công suất được tắt “OFF” thì dòng sơ
cấp bị mất điện đột ngột và một điện áp cao được tạo để đưa tia lửa điện đến các
buzi.
Sơ đồ hệ thống.
6
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4G64 trên xe Mitsubishi Zinger

Hình 2-4 Sơ đồ hệ thống đánh lửa
 D71E+1F D71E1G+2(H6 D71E6I?J
(/ D71E1G+2 /5(/D1* D71EK
+2C", D71ELM&H&'!. D71ELM&H&'()3 D71E(H
= D71E6I?(H&N1 /57IK)!26IK@+2
 2#J!681 /5OP9
3. Tổng quan về hệ thống nhiên liệu động cơ xăng
#%)
Chuẩn bị và cung cấp hỗn hợp hơi xăng và không khí cho động cơ, đảm bảo số
lượng và thành phần của hỗn hợp không khí và nhiên liệu luôn phù hợp với chế độ
làm việc của động cơ.

8
7
10
2
3
4
5
6
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4G64 trên xe Mitsubishi Zinger
- Có tính bay hơi tốt.
- Hạt phải nhỏ và phần lớn ở dạng hơi.
- Tính lưu động ở nhiệt độ thấp tốt.
- Tính chống cháy kích nổ cao.
999%AGST6
- Có thành phần hỗn hợp thích ứng với từng chế độ làm việc của động cơ.
- Hỗn hợp phải đồng nhất trong xylanh và như nhau với mỗi xylanh.
- Đáp ứng từng chế độ làm việc của động cơ, thời gian hình thành hỗn hợp phải
đảm bảo tốc độ (không dài quá không ngắn quá).
- Hỗn hợp cung cấp phải đáp ứng với ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường và
nhiệt độ động cơ.
- Thành phần nhiên liệu phải đảm bảo giúp cho sự hình thành hỗn hợp tốt.
##./'0%"*'%
999 UJ1"GK#VE<!(H
- Hệ thống điều chỉnh độ chân không ở họng.
- Hệ thống có ziclơ bổ sung.
- Hệ thống điều chỉnh độ chân không ở ziclơ chính.
RW+2)!GK?61R1G#VE<!(H
Trên các động cơ xăng cổ điển việc tạo hỗn hợp nhiên liệu không khí đều ở bên
ngoài động cơ một cách thích hợp trong một thiết bị riêng trước khi đưa vào buồng
cháy động cơ gọi là bộ chế hoà khí. Các bộ chế hoà khí hiện nay được chia ra làm

P
h
không quá 2000 (mm) cột nước (
≈
20 KP
a
) khi động cơ hoạt động ở
chế độ cực đại và mở hết bướm ga. Như vậy
∆
P
h
biến động từ 0 đến 20 KP
a
. Vì
vậy có thể bỏ qua tính chịu nén của không khí và coi lưu động của không khí như
của chất lỏng không chịu nén, chuyển động liên tục, ổn định.
Ta có sơ đồ sau:
9
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4G64 trên xe Mitsubishi Zinger

0
0
H
H

Xét tại 2 mặt cắt (0-0) và (H-H). Áp dụng phương trình liên tục của dòng chảy
ổn định ( lưu lượng tại các mặt cắt không đổi ) ta có.
V
0
.S

2
00
++
ρ
=

YU


(

.
2
2
++
ρ
(2)
Vì mật độ không khí và khoảng cách chiều cao 2 tiết diện quá nhỏ nên ta
lược bỏ thế năng giữa 2 mặt cắt.

(
ρ
quá nhỏ
→
bỏ qua

 .
0
và


0
. Nên độ chênh áp là:
∆
P
h
= P
0
- P
h
(phụ thuộc vào độ
mở bướm ga của bộ chế hòa khí), đây chính là độ chân không ở họng.
- Xây dựng đặc tính của bộ chế hòa khí đơn giản.
Đặc tính của bộ chế hòa khí dùng để đánh giá sự hoạt động của bộ chế hòa khí
khi thay đổi chế độ làm việc của động cơ. Nó là hàm số thể hiện mối liên hệ giữa hệ
10
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4G64 trên xe Mitsubishi Zinger
số dư lượng không khí (
α
) của hòa khí với một trong các thông số đặc trưng cho
lưu lượng của hòa khí được bộ chế hòa khí chuẩn bị và cung cấp cho động cơ.
Có thể là lưu lượng không khí: G
k
Độ chân không ở họng :
∆
P
h

Công suất của động cơ : N
e
0

o
= 0
Bỏ qua sai lệch về thế năng giữa hai mặt cắt (vì mật độ không khí và khoảng
cách chiều cao giữa hai tiết diện quá nhỏ).
Ta có:

(
U
ρ
0
=
2
.
2
22

(

YYU
ξ
ρ
++
(*)
Trong đó:
V
0
: Vận tốc dòng khí tại mặt cắt (0-0).
P
0
: Áp suất khí trời.


00
.2.2
.
)1(
1
ρ
ϕ
ρξ




UU
Y
∆
=
∆
+
=
Trong đó:

ξ
ϕ
+
=
1
1

-hệ số tốc độ của họng

7(
Y_^
ρα

min
=
( kg/s) (1)
Thay V
h
vào (1), lấy f
hmin
= f
h
và
7
αϕµ
.=
Nên
U_^
(
ρµ
∆= 2.
( **)
*. Xác định G
nl
trong bộ chế hòa khí đơn giản.
12
f
h min
f

#

#
YU
ρ
g.h
d
Trong đó :h
o ,
h
d
- khoảng cách thẳng đứng từ mặt cắt (O-O) và (d-d).
P
o
, P
d
- áp suất tĩnh tại tại mặt cắt (O-O) và (d-d).


ρ
- khối lượng riêng (mật độ) của xăng.
V
dt
- Tốc độ lý thuyết của dòng xăng đi qua tại mặt cắt (d-d).
Xác định :






p
- chiều cao của mặt p-p, mặt ra của vòi phun so với
mặt chuẩn a-a).
Thay giá trị P
d
vào biểu thức V
dt
sẽ được.


#
U
Y
ρ
ρ

.2
∆−∆
=
Nếu
#
ϕ
-là hệ số tốc độ của jiclơ
13
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4G64 trên xe Mitsubishi Zinger
Thì:


###
U


_
_
B
µ
µ
α

1
0
=
.

ρ
ρ
0
.
U
U



ρ
∆−∆
∆
Trong đó:

1
0 #


=
∆
h.

ρ
.g đến độ chân không tuyệt đối thì
UU
U



ρ
∆−∆
∆
giảm từ +
∞
đến sát 1 còn
#

µ
µ
cũng giảm.
Ta có đường đặc tính sau.
0.04
0.03
0.02
0.01
0
100
300 500

180
g
e%
0,6
0,8
1,0
1,2
0,4
4
3
2
1
8
9
10
I
II
III
7
6
5
I'
II'
III'
a
b
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4G64 trên xe Mitsubishi Zinger
không khí qua họng. Trên thực tế, mật độ không khí giảm dần khi tăng
∆
P

α
.
Hình 3-4 Các đặc tính điều chỉnh của thành phần hòa khí
Qua đồ thị thấy rằng : với n= const , ở mỗi vị trí bướm ga giá trị của
α
tương
ứng với công suất cực đại (các điểm 1, 2, 3) đều nhỏ hơn so với các điểm có suất
tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất (các điểm 5, 6, 7 của đường I' ,II' ,III' hoặc 8, 9, 10
của các đường I, II ,III ).
15
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4G64 trên xe Mitsubishi Zinger
Ở mỗi vị trí bướm ga đạt giá trị cực đại đều có
α
<1.
Càng đóng nhỏ bướm ga ,
α
của điểm công suất cực đại càng giảm.
Khi mở 100% bướm ga, suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất suất hiện tại
1,1≈
α
.
Càng đóng nhỏ bướm ga vị trí xuất hiện g
emin
càng chuyển hướng giảm của
α
, khi
đóng bướm ga gần kín giá trị
α
tương ứng với g
emin

theo
công suất cực đại hoặc theo suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất ta được đồ thị.1.0
0.8
0.6
0.4
20
30
40
50
60 70 80
90
G
K
%
2
3
4
1
Hình 3-5 Đặc tính của bộ chế hòa khí lý tưởng. I- giới hạn không tải
Đây là đồ thị
α
- G
k
thể hiện biến thiên của
α
theo G
k

÷
1,15).
- Để đạt công suất cực đại khi mở 100% bướm ga cần đảm bảo (
α
≈
0,75
÷
0,9)
Ngoài ra còn có các yêu cầu phụ, đảm bảo động cơ hoạt động tốt trong các chế
độ làm việc sau:
- Khi khởi động lạnh ở tốc độ thấp cần hòa khí đậm (
α
≈
0,3
÷
0,4 hoặc đậm
hơn ) để dễ khởi động.
- Khi cho ô tô bắt đầu lăn bánh, hoặc khi cần tăng tốc nhanh phải mở nhanh
bướm ga để hút nhiều hòa khí vào xi lanh, những lúc ấy thường làm cho hòa khí bị
nhạt (do quán tính của xăng nhỏ hơn nhiều so với không khí làm cho tốc độ xăng đi
vào động cơ chậm hơn). Vì vậy, khi mở nhanh bướm ga, cần có biện pháp tức thời
phun thêm xăng tới mức cần thiết để hòa khí khỏi nhạt, qua đó rút ngắn thời gian
bắt đầu lăn bánh cũng như thời gian tăng tốc của ô tô và máy kéo.
Vì vậy người ta đã không sử dụng bộ chế hòa khí đơn giản mà thường sử dụng
bộ chế hòa khí hiện đại. Nhưng trong quá trình phát triển của ngành công nghệ ôtô
thì bộ chế hòa khí được kết hợp với điều khiển điện tử.
17
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4G64 trên xe Mitsubishi Zinger
79 E<!(HX(ET6L1+1-(1`+1Ga


đàn hồi xác định độ mở bướm ga 1. Vị trí của màng đàn hồi được ghi nhận và
truyền tín hiệu về bộ điều khiển điện tử 20 qua đường 12.
Khi động cơ khởi động bộ điều khiển đóng bướm gió và mở bướm ga ở một góc
độ phù hợp. Hệ thống chính và hệ thống không tải cùng làm việc cho hỗn hợp đậm
để khởi động giống như bộ chế hòa khí thông thường.
Chế độ tăng tốc được thực hiện như sau: Từ tín hiệu mở đột ngột bướm ga 11,
bộ điều khiển điện tử sẽ chỉ thị cho cơ cấu 5 đóng mở rất nhanh bướm gió 6. Do đó
hỗn hợp đậm lên đột ngột đáp ứng cho động cơ tăng tốc.
Khi động cơ chạy không tải, bộ điều khiển điện tử giữ cho tốc độ vòng quay
không tải ổn định. Khi đó bướm ga và bướm khởi động đều do bộ điều khiển điện
tử quyết định. Ngoài ra cần điều khiển 7 do cơ cấu điều khiển 5 dẫn động sẽ tác
động lên kim hiệu chỉnh 8 đóng bớt ziclơ không khí của hệ thống không tải, hỗn
hợp sẽ được làm đậm. Do thành phần hỗn hợp được điều chỉnh tự động phù hợp với
chế độ không tải nên n
kt
nhỏ, tiết kiệm nhiên liệu. Cũng chính vì vậy mà động cơ
không bị chết máy.
Ở chế độ kéo người lái bỏ chân ga nên bướm ga 1 chỉ do cơ cấu 4 điều khiển.
Khi đó bướm ga sẽ mở ở một mức độ nào đó sao cho độ chân không sau bướm ga
nhỏ đến mức không đủ để hút xăng ra ở hệ thống không tải tức là động cơ không
tiêu thụ xăng nên tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường.
Tuy bộ chế hòa khí này làm việc tối ưu hơn bộ chề hoà khí hiện đại không có
kết hợp điều khiển điện tử, nhưng vẫn còn tồn tại bộ chế hoà khí nên hoà khí ở mọi
19
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4G64 trên xe Mitsubishi Zinger
chế độ hoạt động của động cơ vẫn chưa được tối ưu, hiệu suất chưa cao vấn đề tiết
kiệm nhiên liệu và ô nhiễm môi trường vẫn còn tồn tại ở mức độ cao. Vì vậy ở các
động cơ hiện đại ngày nay người ta không dùng bộ chế hoà khí nữa mà sử dụng hệ
thống phun xăng.
999UJ1"GK6C

Ở các loại hệ thống phun xăng này, một loạt các cảm biến sẽ cung cấp thông tin
dưới dạng các tín hiệu điện liên quan đến các thông số làm việc của động cơ cho
một thiết bị tính toán thường được gọi là bộ vi xử lý và điều khiển trung tâm. Sau
khi xử lý các thông tin này, bộ điều khiển trung tâm sẽ xác định lượng xăng cần
cung cấp cho động cơ theo một chương trình tính toán đã được lập trình sẵn và chỉ
huy sự hoạt động của các vòi phun xăng (thời điểm phun và thời gian phun).
9UJ1"C+MT(H
g\GK6C#VT(E1B
Hệ thống phun xăng loại này được trang bị thiết bị đo lưu lượng, cho phép đo
trực tiếp thể tích hay khối lượng không khí lưu thông trong đường nạp. Thông tin về
lưu lượng khí được cung cấp cho bộ điều khiển trung tâm dưới dạng tín hiệu điện
để làm cơ sở tính toán thời gian phun.
Hình 3-7 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống phun xăng điện tử L – Jetronic
%VC0C$]Ch iY<16H*2
+1-6,c!j!(H.Y<16(;1+23 D71ELM&H7!
 D71ET1F D71E+/C(HCD D71E(H=
21!+1G2L!(H(/D1*OP,cF!+1G9
• Lưu lượng thể tích: thiết bị này làm việc theo nguyên tắc đo lực của dòng khí
tác động lên một cửa đo quay quanh một trục lắp trên đường nạp. Góc quay của cửa
phụ thuộc lưu lượng khí nạp và được xác định bởi một điện thế kế. Như vậy, thiết bị
sẽ cung cấp một tín hiệu điện tỷ lệ với lưu lượng khí cho bộ điều khiển trung tâm.
21
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4G64 trên xe Mitsubishi Zinger
Để tăng độ chính xác phép đo, người ta thường dùng thêm một nhiệt kế để đo nhiệt
độ không khí trong quá trình nạp.
• Lưu lượng kế khối lượng kiểu dây đốt nóng: một sợi dây kim loại rất mảnh
được căng ở một vị trí đo trong đường nạp. Khi lưu lượng khí thay đổi thì nhiệt độ
và điện trở của dây cũng thay đổi theo. Một mạch điện tử cho phép điều chỉnh tự
động dòng điện đốt nóng dây. Dòng điện này sẽ tỷ lệ với lưu lượng khí. Theo
nguyên tắt này, việc đo nhiệt độ dòng khí sẽ không cần thiết nữa vì lưu lượng khối

trung tâm sẽ tăng lượng xăng phun ra khi nhiệt độ khí nạp thấp. Phép đo lưu lượng
kiểu này thường áp dụng cho các hệ thống phun xăng một điểm.
• Ưu điểm:
o Kết cấu, bảo dưỡng đơn giãn, dể lắp đặt điều chỉnh, giá thành hạ.
o Ít gây sức cản khí động phụ trên đường nạp.
• Nhược điểm:
o Không đo trực tiếp lưu lượng không khí.
o Nhạy cảm với dao động áp suất và nhiệt độ trên đường nạp.
RW+2)!GK6C9
!9\GK6C0(H9
Có thể chia các cơ cấu của hệ thống này thành 3 bộ phận:
• Bộ phận cung cấp nhiên liệu gồm: bình chứa, bơm xăng điện, bộ tích tụ
xăng, bộ lọc xăng.
• Bộ phận cung cấp không khí bao gồm: đường ống nạp và bộ phận lọc khí.
• Bộ phận điều khiển tạo hỗn hợp bao gồm: thiết bị đo lưu lượng khí và thiết
bị định lượng nhiên liệu.
Lượng không khí nạp vào xy lanh được xác định bởi lưu lượng kế. Căn cứ vào
lượng khí nạp thực tế lưu lượng kế sẽ chỉ huy việc định lượng nhiên liệu cung cấp
cho động cơ. Nhiên liệu được phun vào qua các vòi phun vào đường ống nạp ở
ngay trên xupáp nạp. Lượng hỗn hợp nạp vào xylanh được điều khiển bởi bướm ga.
Bộ tích tụ xăng có hai chức năng: duy trì áp suất trong mạch nhiên liệu sau khi
động cơ đã ngừng hoạt động để tạo điều kiện khởi động dễ dàng và làm giảm bớt
23
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4G64 trên xe Mitsubishi Zinger
dao động áp suất nhiên liệu trong hệ thống do việc xử dụng bơm xăng kiểu phiến
gạt.
Sơ đồ nguyên lý:


25
Thông số chuẩn
Cảm biến
lamda
Sd
Ub
Bộ xử lý và điều kiển trung tâm
Bộ ổn định
áp suất
Vòi phun
Lọc xăng
Bơm xăng
Bình
Ta
Tm
n
N
Qa
Nhiệt
Nhiệt
Công tắc
bướm ga
Cảm biến
tốc độ
Lưu lượng
kế
Đến động cơ
Điều kiển đánh
lửa