Báo cáo hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail xe toyota hiace

Để đáp ứng những yêu cầu này, công nghệ phun nhiên liệu điện tử, đặc biệt là hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail, đã và đang được áp dụng rộng rãi trên nhiều dòng xe, trong đó có To

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

  BÁO CÁO

HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU COMMON

RAIL XE TOYOTA HIACE

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Dương Việt Dũng

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Doãn Văn Thành

Trần Đăng Trung Tuấn Cao Xuân Bảo

Ngô Quang Huy

Lê Thành Tiến

Nguyễn Lê Hảo

Lớp: 22KTOTO1

Nhóm : 2 (Đã trình bày)

Đà Nẵng - 2024

Phân chia nhiệm vụ thành viên nhóm

1 Nguyễn Doãn Văn Thành ( Bơm tiếp vận và van điều áp): Nhóm trưởng

2 Ngô Quang Huy ( Bộ đôi piston và xylanh cao áp)

3 Trần Đăng Trung Tuấn ( Nguyên lí hoạt động, nhận xét đánh giá về hệ thống Common rail trên xe Toyota Hiace)

4 Nguyễn Lê Hảo (Kim phun)

5 Lê Thành Tiến ( Ống phân phối common rail)

6 Cao Xuân Bảo (Van điều khiển SCV, giới thiệu hệ thống Common Rail trên xe Toyota Hiace)

Mục Lục

I.Giới thiệu về hệ thống Common Rail 4

II.Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail xe Toyota Hiace 4

III.Các chi tiết chính 5

3.1.Bơm cao áp 5

3.2.Bơm tiếp vận và van điều áp 6

3.3.Van điều khiển hút SCV 7

3.4.Bộ đôi piston và xylanh cao áp 8

3.5.Ống phân phối: 9

3.6.Kim phun 10

IV.Nhận xét, đánh giá 12

Lời nói đầu

Kính thưa quý thầy cô,

Trong ngành công nghiệp ô tô hiện đại, các tiêu chuẩn về hiệu suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí thải ngày càng trở nên khắt khe Để đáp ứng những yêu cầu này, công nghệ phun nhiên liệu điện tử, đặc biệt là hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail, đã và đang được áp dụng rộng rãi trên nhiều dòng xe, trong đó có Toyota Hiace

Hệ thống Common Rail là một bước đột phá trong lĩnh vực công nghệ động cơ diesel, giúp cải thiện hiệu suất đốt cháy, tăng tính ổn định và giảm thiểu ô nhiễm môi trường Với những ưu điểm vượt trội, hệ thống này không chỉ mang lại hiệu suất vận hành tối ưu

mà còn góp phần bảo vệ môi trường và giảm chi phí vận hành

Trong bài thuyết trình hôm nay, chúng em sẽ cùng quý thầy cô tìm hiểu chi tiết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và những lợi ích mà hệ thông Common Rail mang lại trên xe Toyota Hiace Hy vọng răng bài trình bày sẽ mang đền cái nhìn toàn diện hơn về một trong những công nghệ quan trọng hàng đầu của ngành công nghiệp ô tô

Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô !

I.Giới thiệu về hệ thống Common Rail

- Để đảm bảo đạt tiêu chuẩn về ô nhiễm môi trường , về tính năng hoạt động , các cải tiến liên quan đến động cơ cũng không kém phần quan trọng, đó là các hệ thống điều khiển động cơ bằng điện tử cho cả động cơ xăng và động cơ diesel đang được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới Một trong những hệ thống rất mới liên quan đến điều khiển động cơ đó là hệ thống nhiên liệu Common Rail

- Hệ thống Common Rail được định nghĩa là hệ thống phun dầu điều khiển điện tử động cơ Diesel, phun tích áp với áp suất cao (Điểm khác với các hệ thống nhiên liệu trước đây)

- Hệ thống Common Rail gồm hệ thống cung cấp nhiên liệu và điều khiển điện tử Trong phần báo cáo này, chúng em sẽ báo cáo vè hệ thống cung cấp nhiên liệu và bỏ qua

hệ thống điều khiển điện tử

II.Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail xe Toyota Hiace

- Hãng Toyota sử dụng rộng rãi hệ thống này trên xe của họ Trên xe Toyota Hiace, hệ thống Common Rail có tên gọi là D-4D (Direc Injection-4 stroke Diesel Engine)

Hình 1: Xe Toyota Hiace sử dụng hệ thống Common Rail

*Cấu tạo:

h 2: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu của xe Toyota Hiace (động cơ 2KD –FTV)

1.Thùng nhiên liệu

2.Lọc nhiên liệu

3.Bơm cao áp

Ống cao áp

4.Ống phân phối

5.Vòi phun

6.Ống hồi

7.Két nước

*Nguyên lí hoạt động (hình 2):

- Màu vàng : Đường nhiên liệu áp suất thấp : Bơm tiếp vận (nằm trong bơm cao áp) hút nhiên liệu từ thùng chứa -> qua bộ lọc nhiên liệu để lọc sạch cặn bẩn và tách nước , đưa nhiên liệu đến van điều khiển hút (SCV) lắp trên bơm cao áp

Màu đỏ : Đường nhiên liệu áp suất cao : Nhiên liệu từ van điều khiển hút (SCV) được đưa vào buồng bơm, tại đây nhiên liệu sẽ được bơm cao áp nén lên áp suất cao và thoát ra đường dẫn ống cao áp đi lên ống phân phối -> kim phun

- Áp suất nhiên liệu sẽ được quyết định bởi tính toán của ECM tuỳ theo chế độ làm việc của động cơ thông qua tín hiệu từ cảm biến gửi về ECM sẽ điều khiển mức độ đóng

mở của van SCV để điều khiển áp suất hệ thống

- Màu hồng : Có 3 đường nhiên liệu hồi từ bơm cao áp, ống phân phối và vòi phun Trong thực tế , lượng nhiên liệu thừa được hồi về từ bơm cao áp hay vòi phun là điều hiển nhiên Còn nếu xuất hiện nhiên liệu hồi về từ ống phân phối thì chứng tỏ hệ thống đang làm việc hơn mức áp suất cho phép ( khoảng hơn 2000 bar) , bộ giới hạn áp suất sẽ được mở ra để dầu hồi về thùng

- Vì áp suất nén trong hệ thống rất cao -> dầu rất nóng -> dầu được đưa qua két nước

để làm mát trước khi về thùng

III.Các chi tiết chính

3.1.Bơm cao áp

Hình 3: Bơm cao áp HP3 hãng Denso

- Bơm cao áp hệ thống Common Rail xe Toyota Hiace dùng bơm HP3 của hãng Denso với áp suất 1800 bar,sử dụng loại piston đặt lệch nhau 180o Bơm cao áp có công dụng hút nhiên liệu từ thùng chứa và nén nhiên liệu lên áp suất cao khoảng 1500 – 1800 bar khi hệ thống hoạt động

- Các bộ phận chính trong bơm cao áp:

+ Bơm tiếp vận và van điều áp van tiếp vận

+ Van điều khiển hút SCV

+Bộ đôi xylanh+ piston bơm cao áp

Hình 4: Các thành phần trong bơm cao áp HP3

3.2.Bơm tiếp vận và van điều áp

- Bơm tiếp vận: Sử dụng loại bơm rô to, hút nhiên liệu từ thùng đến buồng bơm cao áp

Hình 5: Bơm tiếp vận ( Denso HP3)

1 Rô to ngoài; 2 Rô to trong; 3 Buồng hút; 4 Buồng đẩy

* Hoạt động bơm tiếp vận (hình 5): Khi trục bơm quay, rô to quay => Thể tích buồng

hút số 3 tăng, áp suất buồng hút 3 giảm => Hút nhiên liệu vào buồn hút Sau đó nhiên liệu được đẩy sang buồng đẩy 4, do thể tích buồng đẩy 4 giảm dần khi quay => Áp suất nhiên liệu tăng lên và thoát ra cửa ra

- Van điều áp bơm tiếp vận (Hình 6): Để ổn định áp suất tiếp vận khoảng 1.5 bar với bất kì tốc độ động cơ, được lắp phía đường ra của bơm tiếp vận xả áp suất nhiên liệu tiếp vận khi tốc độ động cơ tăng

Hình 6: Van điều áp

* Hoạt động van điều áp (hình 6): Khi tốc độ động cơ tăng=> Áp suất nhiên liệu ngõ

ra bơm tiếp vận cao hơn 1.5 bar=> Lực đè lên piston lớn hơn lực lò xo=> Piston dịch chuyển xuống mở cửa xả=> Nhiên liệu xả về buồn nạp bơm tiếp vận=> Áp suất nhiên

liệu giảm Khi áp suất nhỏ hơn 1.5 bar=> Lò xo đẩy piston đi lên đóng cửa xả=> Áp suất tăng lên rồi tiếp tục xả Hoạt động này lặp đi lặp lại ổn định áp suất nhiên liệu đầu ra bơm tiếp vận

3.3.Van điều khiển hút SCV

- Van SCV dung loại van điện từ, hoạt động nhờ tín hiệu xung hệ số tác dụng từ ECM, có công dụng điều khiển lượng nhiên liệu nạp vào buồng bơm Khi van mở

nhiều=> Nhiên liệu nạp vào buồng bơm nhiêu=> Áp suất nhiên liệu trong ống phân phối tăng và ngược lại

Hình 7: Cấu tạo van SCV

* Nguyên lí làm việc van SCV (hình 7): Dưới sự điều khiển theo chu kỳ làm việc của

ECU mà van SCV sẽ hoạt động Dòng xung điện dạng sóng sẽ được phát ra với một 1 tần

số duy nhất Giá trị của dòng điện là giá trị hiệu dụng của dòng xung điện này Khi giá trị này giảm, độ mở van sẽ giảm Và ngược lại, khi giá trị này tăng, đồng nghĩa với việc độ

mở van sẽ tăng

Hình 8: Xung tín hiệu

- Để điều chỉnh tạo ra áp suất nhiên liệu, thì lượng nhiên liệu đi vào bơm cao áp sẽ được điều chỉnh bằng cách thay đổi thời gian đóng và mở của van SCV

3.4.Bộ đôi piston và xylanh cao áp

- Cấu tạo tổ bơm:

Hình 9 Cấu tạo tổ bơm 1.Xylanh; 2.Van bi; 3.Lò xo hồi; 5.Piston; 4.Cút nối; 6.Lò xo hồi piston; 7.Vành cam

Hình 10: Nguyên lý hoạt động

* Nguyên lý hoạt động (hình 10): Khi piston A ở kì hút nhiên liệu thì piston B ở kì

nén và ngược lại Khi động cơ hoạt động, trục bơm quay làm cam lệch tâm quay kéo theo vòng cam dịch chuyển lên xuống Khi vòng cam dịch chuyển xuống, lò xo hồi piston A kéo piston A di chuyển xuống tạo chân không buồng bơm A => Van nạp piston A mở => Nhiên liệu được hút vào buồng A Piston B bị vòng cam di chuyển đẩy xuống dưới, nhiên liệu ở buồng B bị nén đến khi áp suất trong buồng cam lớn hơn áp suất ở ống phân phối

=> Van bi phía xả mở => Nhiên liệu thoát ra ngoài đi đến ống phân phối Khi gối cam quay xuống vị trí thấp nhất, piston A cũng di chuyển hết hành trình hút, piston B di chuyển hết hành trình nén nhiên liệu, quá trình diễn ra ngược lại khi piston A bắt đầu nén, piston B bắt đầu hút

3.5.Ống phân phối:

- Được chế tạo bằng gang đúc để chịu áp suất cao ( >180 Mpa), một đầu lắp với cảm biến

áp suất nhiên liệu, một đầu lắp với van xả áp Ống phân phối bố trí các cút nối để nhận nhiên liệu áp suất cao từ bơm cao áo và phân phối nhiên liệu áp suất cao tới các kim phun

( Hình11 mô tả ống phân phối).

Hình 11: Ống phân phối gắn với cảm biến áp suất và van giới hạn áp suất

+ Cảm biến áp suất: Dùng để đo áp suất nhiên liệu thực tế ở ống phân phối và báo về ECM để so sánh với giá trị áp suất mong muốn sau đó điều khiển độ mở van SCV để điều chỉnh áp suất nhiên liệu đạt giá trị mong muốn

+ Van xả áp ( Hình 12): Đóng vai trò như van an toàn nhằm tránh áp suất nhiên liệu

trong ống phân phối tăng quá cao

Hình 12: Van xả áp

3.6.Kim phun

- Sử dụng loại kim phun 6 lỗ tia, đường kính lỗ tia 0.14 mm

Hình 13: Kim Phun

* Nguyên lí hoạt động khi có tín hiệu phun của (hình 9).Khi có tín hiệu điều khiển

phun, lực từ hút van điều khiển nâng lên, mở lỗ tiết lưu lớn, áp suất buồng trên piston giảm => Lực tác dụng lên piston giảm nhanh, lò xo nén van kim đẩy piston lên => Giảm lực nén lên kim => Áp suất nhiên liệu đẩy van kim nâng lên=> Nhiên liệu phun ra các lỗ tia

Hình 14: Khi có tín hiệu điều khiển phun

* Nguyên lí hoạt động khi có tín hiệu dứt phun của (hình 14)

Khi ngắt tín hiệu phun, cuộn dây từ mất điện, lò xo đẩy van điều khiển xuống đóng kín lỗ tiết lưu lớn, áp suất buồng trên piston tăng lên đẩy piston di chuyển xuống nén lò xo ti

kim lại làm tăng lực căng lò xo ti kim=> Ti kim bị đẩy xuống đóng kín lỗ tia => Việc phun chấm dứt

Hình 15: Ngắt phun

IV.Nhận xét, đánh giá

- Với những đặc điểm, kết cấu như trên thì hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail trên xe Toyota Hiace có những ưu điểm và nhược điểm so với các hệ thống cung cấp nhiên liệu khác như sau:

- Ưu điểm:

+ Với tính chất phun tích áp ở áp suất cao giúp hòa khí cháy tốt hơn, cải thiện quá trình cháy, từ đó công suất động cơ sinh ra lớn hơn, giảm ô nhiễm khí thải + Điều khiển chính xác lượng nhiên liệu cần cung cấp vì thế kiểm soát tốt về lượng phun => Tiết kiệm nhiên liệu

+ Giảm tiếng ồn đông cơ: Kiểm soát lượng cung cấp không đồng đều giữa các xylanh

- Nhược điểm:

+ Giá thành cao