Nghiên cứu và sửa chữa các Hệ Thống nhiên liệu Diesel điện tử

Đề tài : “ Nghiên cứu và sửa chữa các Hệ Thống nhiên liệu Diesel điện tử ” Đây là một đề tài còn mới mẻ nên chúng em gặp rất nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện và sẽ còn thiếu sót. Vậy kính mong các thầy giáo chỉ bảo để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa và đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn chúng em thực hiện đồ án này.

Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực LỜI NÓI ĐẦU Trong giai đoạn hiện nay ngành ôtô có vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, ôtô được sử dụng trong nhiều ngành kinh tế như: vận tải, xây dựng, du lịch…Cùng với sự phát triển vượt bậc của mình ngành công nghệ ôtô ngày càng khẳng định vai trò quan trọng không thể thiếu trong sự phát triển của một quốc gia. Nhờ sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật và công nghệ, ngành ôtô đã không ngừng tự làm mới mình để đáp ứng được những yêu cầu bức thiết trong vấn đề sử dụng. Ngành ôtô đã có những bước tiến bộ vượt bậc về thành tựu kỹ thuật mới như: Điều khiển điện tử và kỹ thuật bán dẫn cũng như các phương pháp tính toán hiện đại… đều được áp dụng trên ôtô. Khả năng cải tiến, hoàn thiện và nâng cao để đáp ứng mục tiêu chủ yếu về tăng năng suất, vận tốc, tải trọng có ích, tăng tính kinh tế, giảm cường độ cho người lái, tính tiện nghi sử dụng cho khách hàng và giảm tối ưu lượng nhiên liệu. Việc giảm tối ưu lượng nhiên liệu mà công suất của động cơ vẫn đảm bảo đang là vấn đề bức thiết và là nhu cầu hàng đầu trong mục đích sử dụng của khách hàng. Công nghệ phun nhiên liệu điện tử đã ra đời và đáp ứng được mục đích sử dụng. Cùng với công nghệ phun xăng điện tử, công nghệ phun Diesel điện tử cũng đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng trong thực tiễn sử dụng của ngành ôtô. Sau 4 năm học tập tại trường chúng em đã được khoa tin tưởng giao cho đề tài : “ Nghiên cứu và sửa chữa các Hệ Thống nhiên liệu Diesel điện tử ” - Do thầy Đinh Ngọc Ân hướng dẫn. Đây là một đề tài còn mới mẻ nên chúng em gặp rất nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện và sẽ còn thiếu sót. Vậy kính mong các thầy giáo chỉ bảo để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa và thày Đinh Ngọc Ân đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn chúng em thực hiện đồ án này. Nhóm sinh viên thực hiện 1 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ I. ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC CỦA CÁC ĐỘNG CƠ DIESEL. Động cơ Diesel cũng là một loại động cơ đốt trong kiểu piston, trong quá trình cấp nhiên liệu hòa trộn hỗn hợp và cháy được thực hiện chủ yếu trong thể tích buồng cháy động cơ. Hình 01 : Động cơ Diesel 2 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực +, Động cơ 4 kỳ: - Kỳ thứ nhất ( kỳ nạp): Piston chuyển động từ ĐCT đến ĐCD. Không khí có áp suất thấp P k = 130 ÷ 390 kPa được máy nén cấp vào xylanh qua xupap nạp 1. Để đảm bảo lượng không khí nạp vào xylanh lớn nhất với tổn thất áp suất nhỏ xupap nạp được mở trước khi piston đến ĐCT với góc mở sớm xupap nạp φ ns và đóng muộn với góc đóng muộn sau ĐCD φ nm . Góc toàn bộ ứng với xupap nạp ở trạng thái mở φ n = 250÷ 280 0 TK (góc quay trục khuỷu). Trên đồ thị hành trình nạp được ứng với đường r – a. Ở cuối hành trình nạp, không khí trong xylanh đạt trị số P a = 130÷ 390 KPa, t a = 40÷ 130 0 C. - Kỳ thứ 2 ( kỳ nén) : Piston chuyển động từ ĐCD đến ĐCT, nén không khí trong xylanh. hành trình nén được tính toán sao cho các thông số khí nén được nén đến giá trị đảm bảo bốc cháy nhiên liệu. Áp suất và nhiệt độ không khí cuối hành trình nén tăng lên đến giá trị P c = 4500÷ 8000 KPa, t c = 530÷ 730 0 C. Khi đó nhiệt độ của khí nén cao hơn nhiệt độ tự bốc cháy của nhiên liệu từ 160÷ 200 0 C. Hành trình nén được biểu thị bằng đường cong a – c trên đồ thị chỉ thị. 3 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực - Kỳ thứ 3 ( kỳ cháy và giãn nở ): Nhiên liệu được phun sớm vào xylanh trước khi piston đến ĐCT. Góc phun sớm được tính toán, lựa chọn để các phản ứng lý hóa của nhiên liệu được diễn ra sao cho hỗn hợp bốc cháy khi piston ở ĐCT. Đoạn đồ thị c – z ứng với thời kỳ cháy nhiên liệu. Do cháy nhiên liệu tại ĐCT, áp suất môi chất tăng lên tới P z = 6000÷ 14000 KPa và nhiệt độ là t z = 1450÷ 1730 0 C. Đường z’ – b trên đồ thị ứng với hành trình giãn nở. Cuối hành trình giãn nở ( điểm b, áp suất và nhiệt độ khí cháy giảm : P b = 350÷ 800 KPa nhiệt độ là t b = 630÷ 930 0 C. - Kỳ thứ 4 ( kỳ xả): Piston dịch chuyển từ ĐCT đến ĐCD. Hành trình xả được bắt đầu từ thời điểm mở xupap xả 2. Xupap xả được mở trước khi piston đến ĐCD gọi là góc mở sớm φ ms nhờ vậy làm sạch sản vật cháy trong xylanh tốt hơn. Khí xả tiếp tục xả ra trong suốt quá trình xả và kết thúc khi đóng xupap xả sau ĐCT. Góc đóng muộn hơn so với điểm chết trên khoảng 40 ÷ 70 0 TK. hành trình xả khí trong xylanh được ứng với đoạn b- r. Trên đồ thị khí xả được giãn nở, sinh công trong tuabin và năng lượng của chúng được sử dụng để dẫn động máy nén, nén không khí trước khi nạp vào xylanh. 4 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực Hình 02 : Sơ đồ chu trình công tác của động cơ 4 kỳ a, hành trình nạp; b, hành trình nén; c, hành trình cháy và giãn nở; d, hành trình xả 1, xupap hút; 2, xupap xả. 5 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực Hình 03 : Đồ thị chỉ thị mở (a) và đồ thị pha phối khí (b) của động cơ 4 kỳ. r ’ a ’ - quá trình nạp; a ’ c- quá trình nén; czz ’ b ’ - quá trình cháy và giãn nở; b ’ r ” - quá trình xả; rr ’ - quá trình trùng điệp; hc ’ - góc phun sớm; cc ’ - góc bắt đầu cháy; hc- góc cháy trì hoãn; f x , f n - tiết diện lưu thông cửa xả và cửa nạp; ra- hành trình nạp; ac- hành trình nén; czz ’ b- hành trình cháy và giãn nở; br- hành trình xả. Trên hình vẽ trình bày toàn bộ đồ thị chỉ thị hành trình làm việc của động cơ 4 kỳ có tăng áp gồm các hành trình: r – a ( nạp), a- c ( nén), c- b ( cháy nhiên liệu và giãn nở sản phẩm cháy), b- r ( xả sản vật cháy). 6 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực II. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG DIESEL vµ DIESEL ĐIỆN TỬ. Ra đời sớm nhưng động cơ Diesel không phát triển như động cơ xăng do gây ra nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn. Tuy nhiên cùng với sự phát triển của kỹ thuật công nghệ, các vấn đề được giải quyết và Diesel ngày càng trở nên phổ biến và hữu dụng hơn. Khí thải động cơ Diesel là một trong những thủ phạm gây ô nhiễm môi trường. Động cơ Diesel với tình hiệu quả kinh tế hơn là động cơ xăng, tuy nhiên vấn đề về tiếng ồn và khí thải vẫn là những hạn chế trong sử dụng động cơ Diesel. Động cơ Diesel được phát minh vào năm 1892 nhờ Rudolf Diesel hoạt động theo nguyên lý tự cháy. Ở gần cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ để hình thành hòa khí rồi tự bốc cháy. Đến năm 1927 Robert Bosh mới phát triển bơm cao áp ( bơm phun Bosh lắp cho động cơ Diesel trên ôtô thương mại và ô tô khách vào năm 1936). Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng được cải tiến với các giải pháp kỹ thuật tối ưu nhắm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu. Các nhà động cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm hạn chế các chất ô nhiễm. Các biện pháp chủ yếu tập chung vào giải quyết các vấn đề: -Tăng tốc độ phun để giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiên liệu không khí. - Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp. - Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun để làm giảm HC. - Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả. Hiện nay các nhược điểm đó đã được khắc phục bằng cách cải tiến một số bộ phận của hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử như: - Bơm cao áp điều khiển điện tử. - Vòi phun điện tử. - Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao ( ống Rail). Với các ứng dụng mạnh mẽ về điều khiển tự động trong hệ thống nhiên liệu Diesel nhờ sự phát triển về công nghệ . Năm 1986 Bosh đã đưa ra thị trường việc điều khiển điện tử cho hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel được gọi là hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel. Cho đến ngày nay hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail Diesel đã 7 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực được hoàn thiện. Trong động cơ Diesel hiện đại áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi phun một cách riêng rẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong èng chứa ( Rail) và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu. So với các hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thông thường thì Common Rail Diesel đã đáp ứng và giải quyết được những vấn đề: - Giảm tối đa mức độ tiếng ồn. - Nhiên liệu được phun ra với áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, áp suất phun có thể đạt tới 184 MPa. Thời gian phun cực ngắn và tốc độ phun cực nhanh (khoảng 1,1 ms). - Có thể thay đổi áp suất phun và thời điểm phun tùy theo chế độ làm việc của động cơ. Do đó làm tăng hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu được nâng cao hơn. 8 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực III. PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ. 1. Phân loại Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với Bơm cao áp Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với Ống phân phối – Common Rail System (CRS) Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử BơmVòi phun kết hợp Bơm PE điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ Bơm VE điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ Bơm VE điều khiển điện tử bằng van xả áp Loại 2 Piston Loại 3 Piston Loại 4 Piston Loại EUI Loại HEUI Bơm VE nhiều Piston hướng kính Bơm VE 1 Piston hướng trục 9 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực 2. Đặc điểm các Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử 2.1. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử loại bơm dãy ( PE) điểu khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện- từ - Điều chỉnh lượng nhiên liệu phun bằng điều khiển hành trình thanh răng nhờ cơ cấu điều ga điện từ. - Điều chỉnh góc phun sớm hay muộn bằng bộ điều khiển phun sớm điện tử. 2.2. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử loại bơm phân phối (VE) điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ - Áp suất phun đạt xấp xỉ là 80 MPa. - Cấu tạo gần giống với bơm VE thông thường. - Điều chỉnh lượng phun nhiên liệu bằng cơ cấu điều ga điện- từ ( không dùng bộ điều tốc như bơm VE thông thường). - Điều khiển góc phun sớm hay muộn bằng van điều khiển thời điểm phun. 2.3. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với Bơm VE điều khiển điện tử bằng van xả áp loại 1 Piston hướng trục - Áp suất phun đạt xấp xỉ là 130 MPa. - Vẫn phải có bơm sơ cấp, khớp chữ thập dẫn động cam đĩa, vành con lăn, cam đĩa, piston, van tắt máy, cơ cấu điều khiển phun sớm. - Không có quả ga, piston không có lỗ ngang. - Điều chỉnh lượng phun nhiên liệu bằng van xả áp . - Điều khiển góc phun sớm hay muộn bằng van điều khiển thời điểm phun. 2.4. Đặc điểm Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với Bơm VE điều khiển điện tử bằng van xả áp loại nhiều Piston hướng kính - Vẫn phải có một bơm sơ cấp để tạo ra áp suất sơ cấp nạp vào trong khoang bơm. - Áp suất cao hơn với loại piston hướng trục. - Hệ thống tạo áp suất nhiên liệu và phân phối nhiên liệu khác so với loại hướng trục. 2.5. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với Ống phân phối – Common Rail System ( CRS) - Áp suất phun rất cao ( 2 1300 2200 /kg cm÷ ). - Thời gian phun cực ngắn, tốc độ phun cực nhanh ( 1,1 ms = 1 lần phun mồi + 1 lần phun chính thức ). 10 [...]... đối với hệ thống nhiên liệu HEUI không phụ thuộc vào tốc độ động cơ, mà được điều khiển bằng điện tử Hệ thống HEUI cho phép nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu các tổn thất cũng như tiếng ồn của động cơ 11 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực PHẦN II : CÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ I HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ VỚI... Piston hút nhiên liệu từ thân bơm vào buồng áp suất trong hành trình hút ( dịch chuyển sang trái ) và nén nhiên liệu ở mức cao để dẫn đến từng van phân phối trong hành trình nén ( di chuyển sang phải ) Sau khi qua van phân phối, nhiên liệu được đưa vào các vòi phun qua các ống dẫn cao áp, từ đó nhiên liệu được phun vào các xylanh Cùng lúc, các bộ phận bên trong bơm được nhiên liệu làm mát và bôi trơn... hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với ống phân phối Hệ thống Common Rail gồm các khối chức năng : - Khối cấp dầu thấp áp : Thùng dầu, bơm tiếp dầu, bộ lọc dầu, ống dẫn dầu và đường dầu hồi - Khối cấp dầu cao áp : Bơm áp cao, Ống phân phối dầu cao áp đến các vòi phun ( ống rail, ống chia chung), các tyo cao áp, van an toàn và van xả áp, vòi phun - Khối cơ – điện tử : các cảm biến và tín hiệu, ECU và. .. Động Lực Khi độ dài thời gian mở van dài ( tỷ lệ của dòng điện đang được sủ dụng cao ), thì lượng nhiên liệu đi tắt tăng lên Do đó, piston của bộ định thời chuyển sang phải do lực của lò xo làm quay vành con lăn theo chiều làm muộn thời điểm phun II : HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ VỚI ỐNG PHÂN PHỐI 1 KHÁI QUÁT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ VỚI ỐNG PHÂN PHỐI 1.1 Cấu tạo chung : 32 Trường Đại... tốc độ và giữ ổn định tốc độ chạy không tải Điều khiển thời điểm phun : Bộ định thời điểm phun theo tỷ lệ thuận với tốc độ động cơ Van TCV sẽ thực hiện chức năng này Hoạt động : Khi bật khóa điện ON, van điện từ cắt nhiên liệu được kéo vào trong, đường thông giữa thân bơm và piston mở Khi bơm cấp nhiên liệu quay, hút nhiên liệu từ bình nhiên liệu, qua bộ lắng đọng nước và bộ lọc nhiên liệu, đi vào thân... Môdun điều khiển điện tử ECM xác định thời điểm và lượng nhiên liệu cần phun 2.7 Hệ thống nhiên liệu Diesel HEUI HEUI ( Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector – Tác động thủy lực điều khiển điện tử ) HEUI cũng được điều khiển bằng Môdun ECM Phun nhiên liệu bằng áp suất dầu từ 800 đến 3000 Psi được bơm cao áp đưa vào vòi phun Quá trình phun được điều khiển bằng van điện từ nhận... phần nhiên liệu quay trở về bình nhiên liệu từ vít tràn để kiểm soát mức độ tăng nhiệt độ của nhiên liệu trong bơm 15 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực 2.3 Bơm cấp và van điều chỉnh Hình 06 : Bơm cấp và van điều chỉnh 2.3.1 Bơm cấp nhiên liệu Bơm cấp nhiên liệu kiểu cánh gạt bao gồm 4 cánh gạt và một roto Trục dẫn động quay roto và nhờ có lực ly tâm mà các cánh gạt ép nhiên. .. nhiên liệu lên thành trong của buồng áp suất Do trọng tâm của roto lệch so với tâm của buồng nén nên nhiên liệu giữa các cánh gạt bị nén và đẩy ra ngoài 2.3.2 Van điều chỉnh Van điều chỉnh điều chỉnh áp suất xả của bơm cấp nhiên liệu phù hợp với tốc độ bơm Bộ định thời kiểm soát thời điểm phun nhiên liệu theo áp suất trong bơm 2.4 Phân phối và phun nhiên liệu của bơm cao áp Bơm cấp nhiên liệu, đĩa cam và. .. LOẠI BƠM VE ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ BẰNG CƠ CẤU ĐIỀU GA ĐIỆN TỪ 2.1 Bơm cao áp Bơm phun nhiên liệu đẩy nhiên liệu đến từng vòi phun Bơm phun có chức năng kiểm soát lượng phun và thời điểm phun nhiên liệu 13 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực Hình 05 : Bơm cao áp với cơ cấu điều ga điện từ 1 Van điện từ điều ga 4 Xi lanh bơm 2 Van điện từ cắt nhiên liệu 5 Piston 3 Bộ điều... LOẠI BƠM PE ( BƠM DÃY ) ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ BẰNG CƠ CẤU ĐIỀU GA ĐIỆN TỪ Về cơ bản các chi tiết của bơm PE điện tử có cấu tạo và hoạt động giống như bơm PE thông thường, chỉ khác ở chỗ là: - Đối với bơm PE thông thường cơ cấu điều chỉnh lượng phun nhiên liệu là : Bộ điều tốc - Còn với bơm PE điện tử, để điều chỉnh lượng phun nhiên liệu thì ECU sẽ tiếp nhận các tín hiệu từ các cảm biến sau đó sẽ gửi tín hiệu . piston, van tắt máy, cơ cấu điều khiển phun sớm. - Không có quả ga, piston không có lỗ ngang. - Điều chỉnh lượng phun nhiên liệu bằng van xả áp . - Điều khiển góc phun sớm hay muộn bằng van điều. : Bơm cao áp với cơ cấu điều ga điện từ 1. Van điện từ điều ga 4. Xi lanh bơm 2. Van điện từ cắt nhiên liệu 5. Piston 3. Bộ điều khiển phun sớm( van TCV) 6. Cơ cấu điều ga 2.2. Hoạt động . Hút. hướng trục do không có quả ga nên để điều khiển lượng nhiên liệu phun ( tức là muốn thay đổi tốc độ động cơ, công suất của động cơ) thì bơm sử dụng một khoang xả áp thông với khoang xylanh. Hình