Yêu cầu về việc cung cấp nhiên liệu trong động cơ diesel - Lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình phải phù hợp với chế độ hoạt động của động cơ; - Nhiên liệu phải được phun vào buồng đ
Chức năng và yêu cầu
Chức năng
Hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel có nhiệm vụ dự trữ, lọc sạch và phun nhiên liệu vào buồng đốt, đảm bảo phù hợp với cấu tạo và tính năng của động cơ.
Yêu cầu
1.1.2.1 Yêu c ầu chung của hệ thống
- Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao;
- Dễ dàng, thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa;
- Dễ chế tạo và giá thành vừa phải
1.1.2.2 Yêu c ầu về việc d ự trữ v à l ọc nhi ên li ệu
- Nhiên liệu được dự trữ đủ để động cơ hoạt động trong khoảng thời gian phù hợp với mục đích sử dụng của động cơ;
Nhiên liệu cần được lọc sạch nước và tạp chất cơ học để đảm bảo hệ thống hoạt động thông thoáng, đặc biệt là ở các bề mặt lắp ghép siêu chính xác trong thiết bị.
1.1.2.3 Yêu c ầu về việc cung cấp nhi ên li ệu trong động cơ diesel
- Lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình phải phù hợp với chế độ hoạt động của động cơ;
- Nhiên liệu phải được phun vào buồng đốt đúng thời điểm và đúng qui luật;
- Lưu lượng nhiên liệu phun vào các xylanh phải đồng đều
1.1.2.4 Yêu c ầu về cấu trúc tia nhi ên li ệu
Tia nhiên liệu cần phải có sự kết hợp tối ưu giữa số lượng, phương hướng, hình dạng và kích thước, phù hợp với hình dạng buồng đốt cũng như cường độ và hướng chuyển động của môi chất trong buồng đốt Điều này đảm bảo rằng hòa khí được hình thành một cách nhanh chóng và đồng đều.
Quá trình tạo hỗn hợp cháy (HHC) của động cơ diesel
Đặc điểm quá trình hình thành HHC trong động cơ diesel
Nhiên liệu diesel là các thành phần chưng cất nặng từ dầu mỏ, có độ nhớt cao và khó bay hơi Để đảm bảo chất lượng hỗn hợp cháy, cần sử dụng phương pháp phun tơi nhiên liệu vào môi trường có áp suất và nhiệt độ cao trong buồng đốt Vào cuối kỳ nén, dưới tác động của áp suất và nhiệt độ cao, nhiên liệu sẽ được sấy nóng, hóa hơi dễ dàng và tự phát hỏa.
Trong động cơ diesel, nhiên liệu được phun vào buồng đốt chỉ vào cuối hành trình nén, dẫn đến quá trình tạo hỗn hợp cháy diễn ra trong thời gian ngắn Tuy nhiên, việc phun nhiên liệu cần một khoảng thời gian nhất định, trong khi thành phần hòa khí trong xylanh lại biến động liên tục Do đó, tình trạng không đồng đều về thành phần hỗn hợp cháy luôn xuất hiện trong không gian làm việc của động cơ diesel.
Chất lượng quá trình tạo HHC ở động cơ diesel
Chất lượng quá trình tạo HHC ở động cơ diesel được đánh giá thông qua các đại lượng sau:
1.2.2.1 Độ đồng nhất của HHC
HHC đựợc gọi là đồng nhất nếu nó có thành phần như nhau tại mọi khu vực trong buồng đốt
Động cơ diesel gặp khó khăn trong việc tạo ra HHC đồng nhất tại thời điểm phát hỏa Để cải thiện chất lượng quá trình tạo HHC, cần áp dụng nhiều biện pháp khác nhau Dưới đây là một số biện pháp phổ biến.
Phun nhiên liệu vào buồng đốt dưới dạng sương mù được thực hiện bằng cách nén nhiên liệu đến áp suất rất cao, khoảng 30 đến 180 MPa, sau đó phun qua các lỗ có tiết diện lưu thông nhỏ.
Phối hợp cấu trúc tia nhiên liệu với hình dáng và kích thước buồng đốt là yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất động cơ Để tạo ra chuyển động rối mạnh mẽ trong buồng đốt, việc khoét lõm đỉnh piston và bố trí các đường ống nạp theo phương tiếp tuyến với vách xylanh là cần thiết Những cải tiến này giúp nâng cao sự trộn lẫn giữa nhiên liệu và không khí, từ đó cải thiện hiệu suất cháy và giảm lượng khí thải.
+ Sử dụng buồng đốt ngăn cách để tạo ra chuyển động rối mạnh trong buồng đốt, tạo ra hiệu năng nhiệt và hiệu năng phun thứ cấp, v.v…
1.2.2.2 Ch ất lượng định lượng
Chất lượng định lượng đề cập đến khả năng điều chỉnh lượng nhiên liệu phù hợp với chế độ làm việc của động cơ, đồng thời đảm bảo phân phối đồng đều nhiên liệu đến các xylanh.
Chất lượng định lượng của hệ thống nhiên liệu trong động cơ diesel được đánh giá bằng hai thông số:
+ Lượng nhiên liệu chu trình (gct): là lượng nhiên liệu cung cấp cho một chu trình công tác của một xylanh động cơ
Độ định lượng không đồng đều (∆gct) là chỉ số phản ánh sự khác biệt trong lượng nhiên liệu chu trình giữa các xylanh của cùng một động cơ.
2 min max min max ct ct ct ct ct g g g g g
Gct.max và gct.min đại diện cho lượng nhiên liệu tối đa và tối thiểu trong các xy lanh có cùng vị trí điều khiển Đối với động cơ diesel, chất lượng nhiên liệu được xác định hoàn toàn bởi hệ thống cung cấp nhiên liệu.
1.2.2.3 Ch ất lượng định thời
Chất lượng định thời là khả năng xác định thời điểm bắt đầu và kết thúc quá trình phun nhiên liệu trong động cơ diesel Hệ thống nhiên liệu quyết định chất lượng định thời, được đặc trưng bởi hai thông số chính.
Góc phun sớm nhiên liệu (θ) là góc quay của trục khuỷu, được tính từ thời điểm nhiên liệu được phun vào buồng đốt cho đến khi piston của động cơ đạt đến điểm chết trên trong hành trình nén.
+ Độ định thời không đồng đều (∆θ) - là đại lượng đánh giá mức độ khác nhau về góc phun sớm ở các xylanh khác nhau trong động cơ nhiều xylanh
Trong đó: θmax và θmin là góc phun sớm nhiên liệu lớn nhất và nhỏ nhất ở các xylanh khác nhau có cùng vị trí điều khiển
Các thông số ∆gct và ∆θ không bao giờ đạt giá trị 0%, và giá trị tối đa của chúng phải tuân theo quy định của nhà chế tạo Do đó, việc kiểm tra định kỳ các thông số này là rất cần thiết.
1.2.2.4 Quy lu ật phun nhi ên li ệu
Quy luật phun nhiên liệu là khái niệm bao gồm thời gian phun và đặc điểm phân bố tốc độ phun
Quy luật phun dưới dạng vi phân mô tả sự thay đổi tốc độ phun tức thời theo góc qua trục khuỷu trong quá trình phun.
Quy luật phun dưới dạng tích phân mô tả sự thay đổi của lượng nhiên liệu được phun vào buồng đốt theo góc quay trục khuỷu, tính từ thời điểm bắt đầu phun.
Quy luật phun nhiên liệu tác động trực tiếp đến quy trình hình thành HHC, từ đó ảnh hưởng đến nhiều chỉ tiêu chất lượng của động cơ diesel.
Quá trình cháy ở động cơ diesel
Các giai đoạn cháy ở động cơ diesel
Căn cứ vào sự biến thiên về tính chất của môi chất công tác ta chia quá trình cháy ở động cơ diesel thành bốn giai đoạn
Giai đoạn này kéo dài từ thời điểm nhiên liệu được phun vào buồng đốt
Tại điểm cf, nhiên liệu bắt đầu phát hỏa tại điểm ci, giai đoạn này chứng kiến sự phá vỡ nhiên liệu thành các hạt nhỏ Các hạt này được sấy nóng, hóa hơi và hòa trộn với không khí nhờ vào áp suất và nhiệt độ cao trong buồng đốt Hỗn hợp hơi nhiên liệu và không khí sau đó được sấy nóng, dẫn đến các phản ứng tiền ngọn lửa và hình thành các trung tâm cháy đầu tiên Đường áp suất trong giai đoạn chậm cháy gần như trùng với đường nén, do tốc độ tỏa nhiệt của các phản ứng tiền ngọn lửa trong giai đoạn này rất thấp.
Trong giai đoạn chậm cháy của động cơ diesel, lượng nhiên liệu được phun vào buồng đốt dao động từ 30% đến 40% tổng lượng nhiên liệu, và có thể đạt đến 100% ở một số động cơ diesel cao tốc Giai đoạn này đóng vai trò quan trọng trong quá trình cháy, với các thông số như thời điểm phun nhiên liệu, qui luật tạo HHC và thời gian chậm cháy có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng quá trình cháy ở các giai đoạn tiếp theo, từ đó tác động đến chỉ tiêu chất lượng của động cơ.
Các đồ thị mô tả quá trình cháy trong động cơ diesel bao gồm: a) Đồ thị công khai triển, b) Quy luật phun nhiên liệu dạng tích phân, và c) Quy luật phun nhiên liệu dạng vi phân cùng với hệ số tỏa nhiệt.
C f là thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu vào buồng đốt, trong khi c i là thời điểm nhiên liệu phát hỏa Z đánh dấu thời điểm áp suất cháy đạt cực đại, và z’ là khi áp suất cháy bắt đầu giảm E f chỉ thời điểm kết thúc quá trình phun nhiên liệu, còn e c là thời điểm kết thúc quá trình cháy Ngoài ra, φ i là góc chậm cháy và θ là góc phun sớm nhiên liệu.
1.3.1 2 Giai đoạn cháy không điều khiển
Giai đoạn này bắt đầu từ thời điểm đường cháy tách khỏi đường nén (điểmci) đến thời điểm áp suất cháy đạt cực đại pz (điểm z)
Trong giai đoạn này, lượng nhiên liệu phun vào ở giai đoạn 1 và giai đoạn 2 bốc cháy mạnh mẽ dưới nhiệt độ cao và nồng độ oxy lớn Ngọn lửa từ các trung tâm cháy đầu tiên lan tỏa khắp không gian buồng đốt, tạo ra tốc độ tỏa nhiệt lớn Điều này, kết hợp với thể tích không gian công tác nhỏ, dẫn đến sự gia tăng mạnh mẽ về nhiệt độ và áp suất trong khu vực này.
Giai đoạn cháy không điều khiển được đặc trưng bởi các thông số quan trọng như áp suất cháy cực đại (pz), tốc độ tăng áp suất trung bình (wp) và tỷ số tăng áp suất (ψ), trong đó ψ được tính bằng công thức ψ = pz/p c.
Các thông số trên phụ thuộc vào thời điểm phun nhiên liệu, qui luật tạo HHC và thời gian chậm cháy diễn ra ở giai đoạn chậm cháy
1.3.1 3 Giai đoạn cháy có điều khiển
Giai đoạn cháy bắt đầu khi áp suất cháy đạt cực đại (điểm z) và kết thúc khi áp suất bắt đầu giảm (điểm z’) Trong giai đoạn này, áp suất trong xylanh được duy trì gần như ổn định nhờ vào sự tác động đồng thời của hai yếu tố: áp suất tăng do nhiên liệu tiếp tục cháy và áp suất giảm do thể tích không gian công tác tăng dần.
Giai đoạn cháy có điều khiển dài hay ngắn phụ thuộc chủ yếu vào qui luật tạo HHC và tốc độ của động cơ
Cuối giai đoạn này, phần lớn nhiên liệu đã cháy hết, dẫn đến áp suất và nhiệt độ trong xylanh tăng cao, trong khi nồng độ oxy giảm và nồng độ khí trơ tăng Nếu quá trình tạo HHC không hiệu quả, sẽ xuất hiện các khu vực trong không gian công tác có hạt nhiên liệu chưa hóa hơi, gây phân hủy thành carbon (C) và hydro (H), làm cho khí xả có màu đen.
Cháy rớt xảy ra khi quá trình cháy diễn ra trên đường nạp, sau khi piston đã rời xa điểm chết trên Trong động cơ diesel, sự không đồng nhất trong hòa trộn nhiên liệu và oxy dẫn đến việc một phần nhiên liệu và oxy không được cháy, gây ra hiện tượng cháy rớt.
Nguyên nhân gây ra cháy rớt là: góc phun sớm nhỏ, cấu trúc tia nhiên liệu không phù hợp, chuyển động rối trong buồng đốt yếu, v.v…
Cháy rớt gây ra tác hại về nhiều mặt:
+ Tổn thất nhiệt theo khí thải do khí thải có nhiệt độ cao;
+ Tăng tổn thất nhiệt cho môi chất làm mát do môi chất công tác có nhiệt độ cao khi piston đã rời xa điểm chết trên;
+ Nhiệt độ của môi chất công tác trong xylanh được duy trì trong thời gian dài có thể gây quá tải nhiệt cho động cơ, v.v…
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy ở động cơ diesel
2 Cấu hình của buồng đốt
3 Tính chất l ý hóa của nhiên liệu
4 Cấu trúc của các tia nhiên liệu, qui luật phun nhiên liệu và qui luật tạo hỗn hợp cháy
6 Tốc độ quay của động cơ
Các loại buồng đốt của động cơ diesel
Buồng đốt thống nhất
1.4.1.1 Đặc điểm buồng đốt thống nhất
Hình 1-2 K ết cấu một số loại buồng đốt thống nhất
Buồng đốt thống nhất là không gian giữa đỉnh piston và nắp xylanh khi piston ở điểm chết trên, tạo thành một cấu trúc đồng nhất Trong buồng đốt này, đỉnh piston có thể có hình dạng hơi lõm, phẳng hoặc lồi, trong khi nắp xylanh cũng có thể là phẳng hoặc lõm.
Buồng đốt thống nhất hoạt động hiệu quả nhờ vào việc giảm thiểu dòng xoáy mạnh của không khí Các động cơ sử dụng buồng đốt này đòi hỏi chất lượng phun nhiên liệu cao và sự phối hợp chính xác về hình dạng của tia nhiên liệu để phù hợp với thiết kế của buồng đốt.
Buồng đốt thống nhất có tỷ số Flm/V rất nhỏ, dẫn đến tổn thất nhiệt thấp và hiệu suất cao Điều này giúp giảm ứng suất nhiệt ở nắp xylanh và đỉnh piston, tạo điều kiện dễ dàng cho việc khởi động lạnh Tuy nhiên, động cơ trang bị buồng đốt thống nhất thường không hoạt động êm ái do áp suất cháy cực đại và tốc độ tăng áp suất lớn.
1.4.1.2 Hình thành hòa khí trong bu ồng đốt thống nhất
Hình thành hòa khí trong buồng đốt thống nhất dựa trên hai yếu tố cơ bản:
+ Bảo đảm chất lượng phun nhiên liệu đều và hạt nhiên liệu nhỏ;
+ Kết hợp hình dạng các tia nhiên liệu với hình dạng buồng cháy tạo ra hòa khí phân bố đều trong không gian công tác
Sự hình thành hỗn hợp cháy trong buồng đốt bắt đầu khi nhiên liệu được phun vào, nơi tia nhiên liệu ma sát với môi chất công tác và bị xé nhỏ bởi dòng khí từ ngoài vào Nếu có dòng chuyển động xoáy trong buồng đốt, khí sẽ từ phía sườn tia nhiên liệu thổi vào, nâng cao chất lượng hỗn hợp cháy Tuy nhiên, nếu cường độ dòng khí cháy quá lớn, nó có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng quá trình cháy.
Các yêu cầu về chất lượng phun nhiên liệu trong buồng đốt thống nhất:
+ Dùng vòi phun nhiều lỗ (từ 4÷12 lỗ) để đàm bảo các tia nhiên liệu phân bố đều khắp không gian buồng đốt;
+ Áp suất phun nhiên liệu phải lớn (30÷180MPa) để hạt nhiên liệu phun ra nhỏ và đều;
Độ xuyên sâu của tia nhiên liệu L/S được xác định bằng hành trình của tia phun trong giai đoạn cháy trễ (L) và khoảng cách từ lỗ phun đến thành buồng đốt (S) Trong trường hợp không có dòng khí xoáy, giá trị L/S sẽ là 0.85 Tuy nhiên, khi có dòng khí xoáy trong buồng đốt, giá trị này sẽ thay đổi.
L/S=1.05 để có thể thỏa mãng các yêu cầu về độ xuyên sâu;
+ Góc kẹp của tia nhiên liệu khoảng 120 o ÷ 160 o , với piston dạng ω nong vào khoảng 150 o , piston đỉnh bằng vào khoảng 140 o
Buồng đốt khoét sâu trên đỉnh piston
1.4 2.1 Đặc điểm buồng đốt khoét sâu trên đỉnh piston
Buồng đốt khoét lõm sâu đỉnh piston, hay còn gọi là buồng đốt nửa thống nhất, có đặc điểm tương tự như buồng đốt thống nhất nhưng với diện tích chèn khí lớn giữa đỉnh piston và nắp xylanh Phần khoét lõm ở đỉnh piston được thiết kế sâu và đa dạng hình dạng, bao gồm dạng cầu, dạng ω, hình thang hoặc bán cầu.
Hệ thống nhiên liệu cho buồng đốt khoét lõm sâu đỉnh piston có yêu cầu thấp hơn so với hệ thống cho buồng đốt thống nhất Điều này là do buồng đốt khoét lõm tạo ra dòng khí xoáy mạnh, giúp nâng cao chất lượng hòa trộn nhiên liệu Vì vậy, ngay cả khi chất lượng phun kém hơn so với buồng đốt thống nhất, vẫn đảm bảo được chất lượng hòa trộn nhiên liệu.
Hình 1-3 Hình d ạng một số loại buồng đốt khoét l õm sâu trên đỉnh piston 1.4.2.2 Quá trình hình thành hòa khí trong bu ồng đốt khoét sâu trên đỉnh piston
Buồng đốt này tạo ra dòng xoáy tiếp tuyến của khí nạp và dòng xoáy hướng kính của khí chèn khi nén, nhờ vào vòi phun nhiều lỗ, giúp nâng cao chất lượng hòa khí Dòng xoáy không khí thổi qua sườn tia nhiên liệu lấy đi phần nhiên liệu đã bay hơi, tăng khả năng hóa hơi Với thể tích lớn, buồng đốt giảm nồng độ nhiên liệu trong môi chất, giúp hóa hơi dễ dàng hơn so với buồng đốt thống nhất Tuy nhiên, nếu cường độ dòng khí xoáy quá lớn, các tia nhiên liệu có thể can thiệp lẫn nhau, làm giảm độ xuyên sâu và gây ra tác dụng khóa nhiệt, khiến hòa khí chỉ bốc cháy ở khu vực trung tâm.
Buồng đốt xoáy lốc
1.4.3 1 Đặc điểm buồng đốt xoáy lốc
Buồng đốt xoáy lốc được chia thành hai phần: buồng xoáy lốc và buồng đốt chính, kết nối với nhau qua một đường thông lớn Hình dạng buồng xoáy lốc rất đa dạng, bao gồm hình cầu, hình đáy phẳng và hình chuông Buồng đốt chính cũng có nhiều dạng khác nhau, tùy thuộc vào hình dạng đỉnh piston, nhằm tạo ra dòng xoáy lốc mạnh bên trong Đường thông thường được đặt nghiêng 40 độ so với mặt phẳng đỉnh piston, với mép sắt phía trong trùng với tâm buồng xoáy lốc, đảm bảo dòng xoáy bao trùm toàn bộ không gian công tác Nhiên liệu được phun vào buồng xoáy lốc với tia nhiên liệu có hướng lệch tâm theo chiều dòng khí xoáy.
Hình 1-4 K ết cấu của buồng đốt xoáy lốc
1- Đường thông, 2- Vòi phun nhên liệu, 3- Buồng xoáy lốc, 4- Buồng đốt chính
Hình 1-5 Các hình d ạng khác nhau của buồng đốt chính
Buồng đốt xoáy lốc tạo ra dòng xoáy mạnh của không khí, giúp động cơ hoạt động hiệu quả mà không yêu cầu hệ thống nhiên liệu phức tạp Vòi phun trong buồng đốt xoáy lốc thường là vòi phun một lỗ, cho phép quá trình cháy diễn ra kéo dài với ít màng lửa xuất hiện, từ đó giảm tốc độ cháy và áp suất khí cháy Điều này không chỉ làm giảm tiếng ồn của động cơ mà còn hạn chế sự hình thành NOx, mang lại hiệu suất hoạt động tốt hơn cho động cơ.
Buồng đốt xoáy lốc có nhược điểm do tốc độ dòng khí lớn qua rãnh thông và diện tích buồng cháy rộng, dẫn đến ứng suất nhiệt cao ở nắp xylanh và đỉnh piston Điều này cũng làm tăng truyền nhiệt cho môi chất làm mát, khiến động cơ sử dụng buồng đốt xoáy lốc có hiệu suất kém và gặp khó khăn khi khởi động ở nhiệt độ thấp.
1.4.3.2 Quá trình hình thành hòa khí trong bu ồng đốt xoáy lốc
Trong quá trình nén, môi chất từ buồng cháy chính được đẩy vào buồng xoáy lốc, tạo ra dòng xoáy nén mạnh Nhiên liệu được phun theo hướng dòng xoáy, giúp các hạt nhiên liệu nhỏ nhẹ bay theo, sấy nóng và hòa trộn với không khí nóng, tạo thành hòa khí và bốc cháy tại miệng đường thông Màng lửa di chuyển theo quỹ đạo xoắn về trung tâm buồng đốt, trong khi hòa khí chưa cháy với nồng độ lớn bị đẩy ra xung quanh và phun vào buồng đốt chính nhờ chênh áp Hòa khí phun vào buồng đốt chính kết hợp với hình dạng buồng đốt tạo ra dòng xoáy thứ hai, thúc đẩy sự hòa trộn nhiên liệu và không khí, từ đó hình thành hòa khí và bốc cháy trong buồng đốt chính.
Trong quá trình nén, dòng khí có tốc độ lớn giúp hòa khí hình thành nhanh chóng Do đó, ngay cả khi nhiên liệu được phun vào buồng đốt muộn, quá trình cháy vẫn diễn ra kịp thời, cho phép động cơ hoạt động ở tốc độ cao.
Buồng đốt dự bị
1.4.4.1 Đặc điểm buồng đốt dự bị
Buồng đốt (Vc) được phân chia thành hai phần chính: buồng đốt dự bị với dung tích Vk và buồng đốt chính có dung tích nhỏ hơn, chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ trong tổng thể.
Trong một số trường hợp, tỷ lệ Vc chỉ chiếm khoảng 10 đến 15% so với tổng thể tích Vc Giữa hai buồng, có một hoặc vài lỗ thông nhỏ, với tổng diện tích các lỗ này chỉ khoảng 0.3 đến 0.6% diện tích đỉnh piston Những lỗ thông này thường được bố trí nghiêng và tiếp tuyến với thành buồng đốt dự bị.
Buồng đốt dự bị của động cơ có khả năng hoạt động hiệu quả trong một phạm vi tốc độ rộng mà không ảnh hưởng đến hiệu suất, nhờ vào năng lượng từ dòng chảy ra Nó không yêu cầu cao về phẩm chất nhiên liệu và hệ thống nhiên liệu, cho phép cháy với hệ số dư lượng không khí α nhỏ (α = 1.1 ÷ 1.2) mà vẫn đảm bảo chất lượng cháy tốt Thêm vào đó, chế độ nhiệt ổn định trong buồng đốt dự bị giúp giảm thời gian cháy trễ và hạn chế tốc độ tăng áp suất, từ đó làm cho động cơ hoạt động êm hơn.
Hình 1-6 K ết cấu một số loại buồng đốt dự bị
1- Buồng đốt dự bị; 2- Buồng đốt chính; a) Buồng đốt động cơ Dogde; b) Buồng đốt động cơ Benz-OM-315; c) Buồng đốt động cơ Toyota D2 ; d) Buồng đốt động cơ Cartepillar D33; e) Buồng đốt động cơ Hanomag D941; f) Buồng đốt động cơ Mayback MD 330
Buồng đốt dự bị có nhược điểm như hiệu suất động cơ thấp do tổn thất nhiệt qua thành buồng cháy và tổn thất lưu động qua các lỗ thông lớn, cùng với khó khăn trong việc khởi động lạnh Để khắc phục những vấn đề này, cần tăng tỷ số nén hoặc áp dụng một số biện pháp khởi động riêng.
1.4.4.2 Quá trình hình thành hòa khí trong bu ồng đốt dự bị
Hòa khí trong buồng cháy dự bị hình thành khi một phần nhỏ nhiên liệu được phun vào và bốc cháy, tạo ra chênh lệch áp suất giữa hai buồng cháy Điều này khiến nhiên liệu và hòa khí chưa cháy được phun ra buồng cháy chính với tốc độ lớn Nhờ vào thiết kế hợp lý và hình dạng phù hợp của các lỗ thông, chuyển động rối của môi chất giúp hòa trộn nhiên liệu và hòa khí với không khí trong buồng cháy chính, nơi quá trình cháy hoàn tất Điểm bắt đầu cháy trong buồng dự bị cần phải xa lỗ thông để tăng nhanh áp suất và đảm bảo dòng chảy vào buồng đốt chính có năng lượng lớn, hòa trộn đồng đều với không khí Nhiên liệu và hòa khí chưa cháy cần tập trung ở khu vực lỗ thông để được phun vào buồng đốt chính trước, từ đó thúc đẩy quá trình hòa trộn diễn ra sớm hơn.
Một số hệ thống phun nhiên liệu trên động cơ Diesel
Theo công nghệ phun nhiên liệu truyền thống
Công nghệ phun nhiên liệu truyền thống đặc trưng bởi bơm cao áp, nơi việc định lượng, định thời và quy luật phun được thực hiện qua các cơ cấu điều khiển cơ khí, thủy lực hoặc điện từ Vòi phun cũng đóng vai trò quan trọng trong hệ thống này, góp phần vào hiệu suất và hiệu quả của quá trình phun nhiên liệu.
Hệ thống phun nhiên liệu truyền thống sử dụng vòi phun cơ khí, hoạt động dựa trên áp suất nhiên liệu từ bơm cao áp để nâng kim vòi phun, từ đó cung cấp nhiên liệu cho buồng đốt.
1.5.1.2 M ột số hệ thống nhi ên li ệu điển h ình dùng công ngh ệ phun nhi ên li ệu truy ền thống a Hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp PF
Trong hệ thống này, mỗi bơm cao áp PF độc lập cung cấp nhiên liệu cho từng xylanh của động cơ Bơm cao áp hoạt động không cần trục cam riêng, mà được dẫn động bởi trục cam của động cơ.
Bơm cao áp PF bao gồm một cặp piston-xylanh siêu chính xác, với piston được thiết kế có rãnh Việc định lượng nhiên liệu được thực hiện bằng cách điều chỉnh hành trình có ích của piston thông qua thanh răng nhiên liệu, điều này ảnh hưởng đến thời điểm rãnh trên piston mở lỗ xả cho nhiên liệu vào ống nạp Bơm PF không tự động điều chỉnh thời điểm phun, mà điều này được thực hiện nhờ các cơ cấu lắp trên trục cam của động cơ, theo quy luật phun nhiên liệu do biên dạng cam xác định.
Bơm cao áp là loại bơm được chế tạo bởi nhiều quốc gia trên thế giới, mỗi quốc gia có ký hiệu riêng biệt Ví dụ, tại Mỹ, bơm cao áp được ký hiệu là APF, trong khi tại Anh, ký hiệu là BPF Đặc biệt, tại Đức, bơm cao áp được sản xuất bởi thương hiệu nổi tiếng Rober Bosch.
Hình 1- 7 Sơ đồ cấu tạo bơm cao áp PF
I - Hình dáng bên ngoài; II - Các chi tiết bên trong;
1 - Vít xả gió; 2 - Van triệt hồi; 3 - Vít cố định xylanh bơm; 4- Xylanh bơm;
5 - Lò xo; 6 - Khoen chận; 7 - Ống đẩy; 8- Vành răng; 9- Thanh răng; 10 -Piston bơm;
11 - Đế gắn bơm; 12 - Thân bơm; 13 - Rắc nối ống dầu cao áp lên kim phun;
14 - Lỗ gắn ống nạp nhiên liệu;15 - Mủi chỉ; 16 - Thanh răng; 17 - Của sổ cân bơm b Hệ thống nhiên liệu sử dụng bơm cao áp PE
Bơm cao áp là bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống nhiên liệu, thực hiện nhiệm vụ định lượng, định thời và quy luật phun nhiên liệu Nó bao gồm nhiều phần tử bơm (loại bơm PF) lắp trong một vỏ, được dẫn động bởi trục cam và thanh răng chung điều khiển các piston bơm.
Hình 1- 8 Sơ đồ cấu tạo bơm cao áp PE
1 - Trục cam bơm; 2 - Đệm đẩy các con lăn; 3 - Chén chặn lò xo;
4 - Ống kẹp chân piston bơm; 5 - Vành răng; 6 - Thanh răng;
7 - Lỗ nạp nhiên liệu vào bơm; 8 - Khoang chứa nhiên liệu;
Bơm cao áp PE sử dụng bộ điều tốc cơ khí để điều chỉnh lượng nhiên liệu thông qua thanh răng, làm xoay piston bơm Định thời của bơm được thực hiện bằng bộ điều chỉnh gốc phun sớm, kết nối giữa bánh răng dẫn động trục cam và trục cam nhiên liệu Quy luật phun nhiên liệu phụ thuộc vào biên dạng cam nhiên liệu, đảm bảo hiệu suất tối ưu cho hệ thống nhiên liệu.
Trong hệ thống phun nhiên liệu này, bơm cao áp và vòi phun được kết hợp thành một cụm gọi là bơm cao áp - vòi phun liên hợp Cụm này thực hiện chức năng của ba bộ phận: bơm cao áp, vòi phun và ống cao áp Nhiên liệu sau khi được nén đến áp suất rất cao và được định lượng sẽ được đưa trực tiếp vào vòi phun mà không cần ống dẫn nhiên liệu cao áp.
Hình 1- 9 Sơ đồ cấu tạo bơm cao áp v òi phun liên h ợp của h ãng GM
1 - Thân kim; 2 - Đệm đẩy; 3 - Lò xo; 4 - Llọc dầu; 5 - Lò xo; 6 - Nắp đậy;
7 - Xylanh; 8 - Ppiston; 9 - Thanh răng; 10 - Vành răng; 11 - Vòng cản dầu;
12 - Kim phun; 13 - Xupap thoát và bệ; 14 - Lò xo xupap hút ; 15 - Bệ tựa lò xo;
16 - Van an toàn; 17 - Ống chứa lò xo; 18 - Đệm làm kím
Bơm cao áp và vòi phun liên hợp được lắp trực tiếp lên nắp xylanh, có nhiệm vụ phun nhiên liệu vào buồng đốt của mỗi xylanh động cơ Hệ thống bơm hoạt động nhờ vào cam, đệm đẩy, đũa đẩy và cò mổ Việc định lượng nhiên liệu được thực hiện thông qua điều chỉnh thanh răng nhiên liệu với sự hỗ trợ của bộ điều tốc Định thời nhiên liệu và quy luật phun được xác định bởi các bộ điều chỉnh góc phun sớm và biên dạng cam nhiên liệu.
Bơm cao áp - vòi phun liên hợp có nhiều loại, trong đó nổi bật là bơm cao áp của hãng GM và bơm cao áp PT của hãng Cummins, cả hai đều có phương pháp dẫn động tương tự nhưng bơm Cummins sử dụng vòi phun hở Ngoài ra, bơm cao áp vòi phun liên hợp của công ty Detroit được trang bị cho động cơ series 53, 71, 92 cũng có kết cấu tương tự như bơm cao áp của GM Hệ thống nhiên liệu sử dụng bơm cao áp phân phối đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất động cơ.
Bơm cao áp trong hệ thống nhiên liệu là loại bơm phân phối với áp suất cao, hoạt động thông qua một xylanh bơm có hai piston tự do được dẫn động bằng cam Nhiên liệu cao áp được phân phối hiệu quả nhờ vào cơ chế rôto quay.
Hình 1- 10 Sơ đồ hệ thống nhi ên li ệu dùng bơm cao áp phân phối
1- Thùng nhiên liệu; 2- Ống hồi dầu; 3,9- Bơm chuyển dầu; 4- Bình lọc dầu 5- Lổ gây cản; 6- Ống dẫn dầu rò; 7- Van tiết lưu; 8- Van giơi hạn áp suất bơm 10- Tay điều khiển; 11- Van điều khiển nạp dầu; 12- Lổ phân phối; 13- Vòi phun 14- Lổ dầu vào; 15- Con đội con lăn; 16- Piston cao áp; 17- Rôto;18- Cam trong
Hệ thống nhiên liệu được điều chỉnh thông qua van phân lượng, trong khi bộ điều tốc thủy lực kiểm soát lưu lượng nhiên liệu cung cấp cho piston tăng áp, từ đó điều chỉnh lượng nhiên liệu trong chu trình Định thời của hệ thống được thực hiện nhờ bộ điều chỉnh góc phun sớm, được đặt phía trước bơm và tác động trực tiếp lên vòng cam Qui luật phun được xác định bởi biên dạng cam dẫn động piston tăng áp.
Bơm cao áp phân phối là thiết bị quan trọng trong hệ thống nhiên liệu, bao gồm các loại như bơm cao áp C.A.V của Mỹ, phù hợp với động cơ Perkin 6-354, Ford Hercules, Berlier, BMC, Renault và Austin Ngoài ra, còn có bơm cao áp D.P.A và bơm cao áp VP từ hãng Bosch Các bơm cao áp thế hệ mới hiện nay được trang bị công nghệ điều khiển điện tử, mang lại hiệu suất hoạt động tối ưu cho động cơ.
Theo công nghệ phun nhiên liệu hiện đại
1.5 2.1 Đặc điểm công nghệ phun nhi ên li ệu hiện đại
Thực chất công nghệ này là phun nhiên liệu điều khiển bằng điện tử
Việc điều chỉnh lượng, thời gian và quy luật phun nhiên liệu được thực hiện bởi các thiết bị điều khiển điện tử, trong đó bộ điều khiển trung tâm động cơ (ECM) đóng vai trò quan trọng nhất.
ECM chịu trách nhiệm thu thập tín hiệu từ các cảm biến môi trường và tình trạng hoạt động của động cơ Sau đó, nó so sánh thông tin thu được với dữ liệu trong bộ nhớ để điều khiển các bộ phận chấp hành một cách hiệu quả.
Bơm cao áp có chức năng nén nhiên liệu đến áp suất cao để cung cấp cho ống tích lũy nhiên liệu (Rail) Nhiên liệu với áp suất cao sẽ được chuyển đến vòi phun điều khiển điện tử, trong đó ECM điều chỉnh bằng cách mở và đóng vòi phun cũng như điều chỉnh áp suất nhiên liệu tại ống phân phối.
Các hệ thống sử dụng công nghệ phun nhiên liệu hiện đại như HDI và Common Rail Đặc biệt, hệ thống nhiên liệu Common Rail sẽ được nghiên cứu chi tiết trong các chương tiếp theo.
Ra đời của hệ thống nhiên liệu Common rail
Đặc điểm của ISUZU D-MAX
ISUZU D-max là ôtô bán tải do công ty ISUZU Nhật Bản sản xuất, với phiên bản diesel phổ biến tại Việt Nam Các mẫu D-max trước 2007 sử dụng động cơ 4JH1-TC với hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp Bosch VP44 Từ sau 2007, ISUZU D-max được nâng cấp với động cơ 4JJ1-TC, sử dụng công nghệ phun nhiên liệu Common rail của Denso, giúp tiết kiệm 26% nhiên liệu và tăng công suất 5%, đồng thời đáp ứng tiêu chuẩn khí thải Euro 2.
Các loại ISUZU D-MAX sản suất tại Việt Nam
Tất cả các mẫu ISUZU D-MAX sản xuất tại Việt Nam trước năm 2007 đều được trang bị động cơ 4JH1-TC, trong khi từ năm 2007 trở đi, các phiên bản ISUZU D-MAX đều sử dụng động cơ 4JJ1-TC.
ISUZU D-MAX S, như hình 2-1.a, là mẫu ôtô bán tải được trang bị hệ thống truyền động với hộp số cơ (MT) và cầu sau chủ động (2WD).
ISUZU D-MAX LS 2WD, như được mô tả trong hình 2-1.b, là mẫu xe ôtô bán tải với cầu sau chủ động Xe được trang bị hộp số có thể là hộp số cơ (MT) hoặc hộp số tự động (AT).
ISUZU D-MAX STREES CUSTOM 2WD là mẫu ô tô bán tải với cầu sau chủ động, được trang bị hộp số có thể là hộp số cơ (MT) hoặc hộp số tự động (AT).
- ISUZU D-MAX LS (MT) 4WD Được thể hiện trên hình 2-1.d, là loại ôtô bán tải hai cầu chủ động, trang bị hộp số cơ (MT) a b. c d.
Hình 2-1 Các lo ại ISUZU D -MAX S T ại Việt Nam
Đặc tính kỹ thuật của ISUZU D-MAX (TFS - 2007) tại Việt Nam
2.1.3.1 Ch ủng loại Đặc tính Thông số
Loại ôtô Bán tải (pick-up truck)
4 x 4 - đối với loại ôtô D-MAX LS (MT) Công thức bánh xe
4 X2 - đối với các loại ôtô D-MAX khác
2.1.3.2 Động cơ và hệ thống truyền động Đặc tính Thông số
Loại động cơ 4JJ1- TC
Kiểu động cơ Bốn xy lanh thẳng hàng, tăng áp, làm mát khí nạp
(kw/rpm) 100/3400 Đặc tính Thông số
Mô men xoắn cực đại
Hệ thống nhiên liệu Hệ thống nhiên liệu Common rail
Tiêu chuẩn khí thải Euro 2
Hệ thống gài cầu Gài cầu tự động đối với loại ôtô D-MAX LS (MT)
5 số tay - đối với các dòng ôtô D-MAX (MT) Hộp số
4 số tự động - đối với dòng ôtô D-MAX (AT)
2.1.3.3 Kích thước v à tr ọng lượng Đặc tính Thông số
5190 x 1720 x 1730 - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Dài x rộng x cao
(mm) 5190 x 1800 x 1830 - đối với các loại ôtô D-MAX khác
200 - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Khoảng sáng gầm tối thiểu (mm) 225 - đối với các loại ôtô D-MAX khác
1460 / 1460 - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Khoảng cách bánh xe trước / sau (mm) 1520 / 1520 - đối với các loại ôtô D-MAX khác
5.9 - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Bán kính quay vòng tối thểu (m) 6.2 - đối với các loại ôtô D-MAX khác
Chiều dài cơ sở (mm) 3050
Gốc dốc lớn nhất xe vượt được (%)
1670 - đối với loại ôtô D-MAX S(MT)
1810 - đối với loại ôtô D-MAX LS (MT) và SREET
1920 - đối với loại ôtô D-MAX LS (AT)
1820 - đối với loại ôtô D-MAX LS (AT) và SREET
CUSTOM (AT) Đặc tính Thông số
730 - đối với loại ôtô D-MAX S (MT)
690 - đối với loại ôtô D-MAX LS (MT) và SREET
680 - đối với loại ôtô D-MAX LS (AT), SREET
CUSTOM (AT) và LS (AT) Dung tích thùng nhiên liệu (lít) 78
2.1.3.4 Khung xe Đặc tính Thông số
Trước Treo độc lập dùng, đòn kép, thanh xoắn
Hệ thống treo Sau Lá nhíp hợp kim bán nguyệt
Hệ thống phanh Sau Phanh tang trống đường kính 295 mm
Lốp và mân xe 245/70R16 - mâm đúc hợp nhôm kim 16 inches - 6 nan
2.1.3.5 Ngo ại thất Đặc tính Thông số
Loại halogen đa điểm - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Đèn trước
Loại thấu kính - đối với các loại ôtô D-MAX khác
Không trang bị - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Đèn sương mù
Các loại ôtô D-MAX khác được trang bị kính chiếu hậu tiêu chuẩn, trong khi ôtô D-MAX S(MT) sử dụng kính chiếu hậu mạ crôm kèm đèn báo.
Không trang bị - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Đèn báo phanh
Có trang bị - đối với các loại ôtô D-MAX khác
2.1.3.6 N ội thất Đặc tính Thông số
Không có - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Tay lái bọc da và điều chỉnh được Có - đối với các loại ôtô D-MAX khác
Nhựa cứng - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Ốp cửa
Nhựa cứng ốp nỉ - đối với các loại ôtô D-MAX khác
Giả da - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Vật liệu ghế
Nỉ hoặc da thật - đối với các loại ôtô D-MAX khác
2.1.3.7 Thi ết bị an to àn Đặc tính Thông số
Không trang bị - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Túi khí
Có trang bị - đối với các loại ôtô D-MAX khác Không trang bị - đối với loại ôtô D-MAX S(MT)
Hệ thống ABS kết hợp với bộ phân phối lực phanh điện tử EBD được trang bị trên tất cả các loại ôtô D-MAX Cửa điều khiển điện và khóa trung tâm cũng có mặt trên mọi phiên bản D-MAX Kính chiếu hậu ngoài điều khiển điện là tính năng tiêu chuẩn cho tất cả các loại ôtô D-MAX Ngoài ra, dây đai an toàn cũng được trang bị đầy đủ trên mọi mẫu xe D-MAX.
2.1.3.8 Ti ện nghi Đặc tính Thông số Điều hòa nhiệt độ Có trang bị - đối với tất cả các loại ôtô D-MAX
CD/MP3 - 4 loa đối với loại ôtô D-MAX S(MT)
DVD/MP3 với màn hình LCD - 6loa (ôtô D-MAX khác)
Không trang bị - đối với loại ôtô D-MAX S(MT)
Mở khóa điều khiển từ xa
Có trang bị - đối với các loại ôtô D-MAX khác Đặc tính Thông số
Không trang bị - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Đèn đọc sách báo phía trước Có trang bị - đối với các loại ôtô D-MAX khác
Không trang bị - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Gương soi phía trước
Có trang bị - đối với các loại ôtô D-MAX khác
Tổng quan về động cơ 4JJ1-TC
Động cơ 4JJ1-TC được trang bị cho ôtô bán tải TFS của hãng ISUZU từ năm 2007, thay thế cho động cơ 4JH1-TC của các đời xe trước Động cơ này ứng dụng công nghệ diesel tiên tiến nhằm giảm thiểu khí thải độc hại, bao gồm bốn xupap dẫn động bằng trục cam đôi cho mỗi xylanh, hệ thống nhiên liệu Common rail với công nghệ phun nhiên liệu điều khiển điện tử, bộ tăng áp làm mát khí nạp và van hồi lưu khí xả điều khiển điện tử.
Hiện nay, động cơ 4JJ1-TC có nhiều loại khác nhau, mỗi loại đều có tiêu chuẩn khí xả và hiệu suất riêng biệt Bên cạnh đó, hộp số của ô tô trang bị động cơ 4JJ1 cũng đa dạng và ảnh hưởng đến hiệu năng hoạt động của xe.
TC cũng ảnh hưởng đến các thông số của động cơ
Dựa vào hiệu suất và tiêu chuẩn khí xả ta có thể phân động cơ 4JJ1-TC thành ba loại với các thông số sau:
B ảng 2 -1 B ảng phân loại động cơ 4JJ1 -TC
Loại động cơ Tiêu chuẩn khí xả
Công suất cực đại Mômen xoắn cực đại
360Nm / 1800 ÷ 2800 rpm - đối với ôtô dùng hộp số cơ
Euro 3 và Euro 4 120kw / 3600 rpm
333Nm / 1600 ÷ 3200 rpm - đối với ôtô dùng hộp số tự động (AT)
Loại động cơ Tiêu chuẩn khí xả
Công suất cực đại Mômen xoắn cực đại
Euro 2 hoặc thấp hơn 100kw / 3400 rpm
Hình 2- 2 Đường đặc tính ngo ài c ủa các loại động cơ 4JJ1 -TC
1- Động cơ công suất cao trang bị cho ôtô dùng hộp số cơ;
2- Động cơ hiệu suất cao trang bị cho ôtô dùng hộp số tự động;
3- Động cơ hiệu suất tiêu chuẩn đạt tiêu chuẩn khí thải Euro 3;
4- Động cơ hiệu suất tiêu chuẩn đạt tiêu chuẩn khí thải Euro 2 hoặc thấp hơn
Loại ôtô Isuzu D-MAX tại Việt Nam được trang bị động cơ 4JJ1-TC công suất chuẩn và đạt tiêu chuẩn khí thải Euro 2 hoặc thấp hơn
2.1.4.2 Đặc tính kỹ thuật của động cơ 4JJ1 -TC trang b ị cho ôtô I SUZU D-MAX t ại Việt Nam a Các thông số cơ bản Đặc tính Thông số
Kiểu động cơ Bốn xylanh thẳng hàng
Thứ tự nổ 1-3-4-2 Đường kính x hành trình piston (mm) 95.4 x 104.9
Tỉ số nén 17.5 Áp suất dầu bôi trơn nâng trục khuỷu
Loại buồng đốt Trực tiếp
Tốc độ cầm chừng (rpm) 700±25
Hệ thống nhiên liệu Common rail
Loại bơm cao áp Bơm HP3 của hãng Denso
Loại vòi phun Vòi phun dẫn động bằng điện
Số lỗ vòi phun 6 Đường kính lỗ phun (mm) 0.14
Loại lọc nhiên liệu Bộ lọc và tách nước b Các thông số của cơ cấu phân phối khí Đặc tính Thông số
Loại xuppap Xuppap đôi trên một trục cam
Dẫn động van Bộ truyền xích và bánh răng
Góc mở sớm của xupap nạp ( o ) 13
Góc đóng muộn của xupap nạp ( o ) 41 Đặc tính Thông số
Góc mở sớm của xupap xả ( o ) 52
Góc đóng muộn của xupap xả ( o ) 6
Khe hở nhiệt xupap nạp (mm) 0.15
Khe hở nhiệt xupap xả (mm) 0.15 c Hệ thống làm mát Đặc tính Thông số
Môi chất làm mát Nước
Lượng môi chất làm mát (lít) 8.7
Loại bơm Bơm ly tâm
Nhiệt độ mở của van hằng nhiệt ( o C) 85 d Hệ thống bôi trơn Đặc tính Thông số
Phương pháp bôi trơn Bôi trơn bằng áp suất
Loại bơm Bơm bánh răng
Lượng dầu bôi trơn (lít) 8
Loại lọc dầu Lọc giấy
Lọc không khí Lọc giấy
Hệ thống hồi lưu khí xả sử dụng khí xả làm mát bằng nước và van hồi lưu được điều khiển điện tử Động cơ khởi động là động cơ điện một chiều, mang lại hiệu suất khởi động tối ưu cho hệ thống.
Tổng quan hệ thống nhiên liệu Common rail
Đặc điểm
Hệ thống Common Rail bao gồm một ống phân phối (rail) chứa dầu diesel áp suất cao từ bơm cao áp Các vòi phun được điều khiển bằng van điện tử, phun dầu áp suất cao từ ống phân phối vào xylanh động cơ Bộ điều khiển trung tâm động cơ có nhiệm vụ điều chỉnh hệ thống phun, bao gồm áp suất, tốc độ và thời gian phun, thông qua việc kiểm soát áp suất dầu ở bơm cao áp và điều khiển việc mở, đóng các vòi phun.
Ưu điểm
Ưu điểm của hệ thống Common rail so với các hệ thống phun nhiên dùng công nghệ phun nhiên liệu truyền thống là:
- Hệ thống này không bị ảnh hưởng bởi tốc độ hay tải trọng của động cơ, luôn tạo ra áp suất phun ổn định nhất là ở tốc độ thấp
ECM động cơ điều khiển phun nhiên liệu bằng cách tổng hợp nhiều thông số môi trường và chế độ làm việc của động cơ, so sánh với thông số chuẩn Nhờ vào các thiết bị điều khiển điện tử chính xác, ECM tạo ra quy luật phun tối ưu cho mọi chế độ hoạt động của động cơ, đặc biệt là trong tình huống tốc độ cầm chừng và khi có sự thay đổi tốc độ đột ngột.
Hệ thống phun nhiên liệu chất lượng cao thường được trang bị cho động cơ buồng đốt thống nhất, mang lại hiệu suất cao và mức tiêu hao nhiên liệu thấp Sự kết hợp này giúp giảm thiểu thành phần độc hại trong khí thải, cho phép động cơ trang bị hệ thống Common Rail đáp ứng các tiêu chuẩn của động cơ diesel hiện đại.
Nhược điểm
Kết cấu của hệ thống phức tạp, giá thành cao, các chi tiết trong hệ thống khó sửa chữa khi hư hỏng thường phải thay thế.
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL TRANG BỊ TRÊN ÔTÔ ISUZU D-MAX 3.1 Kết cấu, nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu Common rail
Mạch cung cấp nhiên liệu của hệ thống Common rail
3.1.2.1 Vai trò c ủa mạch cung cấp nhi ên li ệu
Mạch cung cấp nhiên liệu đóng vai trò quan trọng trong việc dự trữ, lọc sạch và phun một lượng nhiên liệu phù hợp vào buồng đốt, tất cả đều được điều khiển bởi ECM của động cơ.
3.1.2.2 Sơ đồ mạch nhi ên li ệu
Hình 3- 2 Sơ đồ mạch nhi ên li ệu hệ thống Common rail
1- Ống phân phối áp suất; 2- Van giới hạn áp suất; 3- Ống dầu hồi về từ vòi phun; 4- Vòi phun; 5- Dầu hồi về thùng nhiên liệu; 6- Bộ làm mát nhiên liệu;
7- Thùng nhiên liệu; 8- Bơm trợ lực và cảm biến mức nhiên liệu;
9- Nắp đậy thùng nhiên liệu; 10- Van thông gió; 11- Ống cấp nhiên liệu;
12- Van một chiều; 13- Bình lọc tách nước; 14- Công tắc áp suất; 15- Bơm cao áp 3.1.2.3 Các c ụm chi tiết trong mạch cung cấp nhi ên li ệu a Thùng nhiên liệu (Fuel Tank)
Thùng nhiên liệu có nhiệm vụ dự trữ dầu diesel cung cấp cho động cơ Dung tích thùng nhiên liệu là 78 lít
Thùng nhiên liệu được sản xuất từ thép hợp kim dày, đảm bảo khả năng chịu lực tốt Hình dáng của thùng được thiết kế phù hợp với vị trí lắp đặt trên ôtô, và bên trong thùng có các khoang thông nhau giúp giảm thiểu dao động của nhiên liệu khi xe di chuyển.
Trong thùng nhiên liệu, có bơm thấp áp và cảm biến mức nhiên liệu, cùng với van áp suất trên nắp thùng để giảm áp suất hơi nhiên liệu.
Hình 3- 3 Sơ đồ bố trí các chi tiết của th ùng nhiên li ệu
1- Ống dẫn nhiên liệu; 2- Đầu ống cấp nhiên liệu từ bơm trợ lực; 3- Tấm định vị; 4- Rắc nối; 5- Đầu ống hồi nhiên liệu; 6- Bơm trợ lực và bộ cảm biến mức nhiên liệu;
7- Đệm làm kín; 8- Thùng nhiên liệu; 9- Nắp thùng nhiên liệu b Bơm trợ lực (Intank fuel pumb)
Bơm trợ lực được lắp bên trong thùng nhiên liệu cùng bộ cảm biến mức nhiên liệu, với rắc nối bốn chân kết nối với ECU để cấp điện và truyền tín hiệu mức nhiên liệu cho ECM Thiết kế vị trí bơm đảm bảo cổng hút nằm ở đáy thùng, giúp cung cấp nhiên liệu liên tục cho hệ thống ngay cả khi mức nhiên liệu thấp nhất.
Bơm trợ lực trong hệ thống Common rail đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dầu diesel đến bơm cao áp bằng cách tạo ra áp suất nhất định trong ống cấp nhiên liệu Ngoài ra, bơm trợ lực còn có nhiệm vụ xả gió trong hệ thống, đặc biệt sau khi thực hiện vệ sinh hoặc kiểm tra sửa chữa các thiết bị liên quan đến hệ thống nhiên liệu.
- Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Bơm trợ lực là bơm ly tâm được dẫn động bởi động cơ điện một chiều, với cánh bơm gắn cố định trên trục động cơ Khi cánh bơm quay, lực ly tâm được tạo ra, đẩy nhiên liệu ra ngoài khoang bơm và qua lỗ thoát Áp suất thấp tại cửa hút bên trong cánh bơm giúp hút nhiên liệu vào Trong quá trình hoạt động, dầu diesel chảy bên trong bơm, làm mát động cơ điện và ngăn ngừa nguy cơ cháy nổ do không có hỗn hợp cháy trong bơm.
Hình 3-4.k ết cấu của bơm trợ v à b ộ xác định mức nhi ên li ệu
1- Bơm trợ lực; 2- Cảm biến mực nhiêm liệu; 3- Cáp tín hiệu của cảm biến mức nhiên liệu;
4- Đầu ống hồi nhiên liệu; 5- Đầu ống cấp nhiên liệu từ bơm trợ lực;
6- Cáp tín hiệu điều khiển bơm; 7- Phao; 8- Cửa hút nhiên liệu;
9- Động cơ điện một chiều; 10- Van một chiều; 11- Cửa ra của nhiên liệu;
12- Van an toàn; 13- Vỏ bơm; 14- Nắp bơm; 15- Cánh bơm
Bơm trợ lực được điều khiển bởi ECM của động cơ, hoạt động trong 12 giây khi bật khóa ở vị trí ON mà không khởi động động cơ Nó tạo áp suất trong ống cấp nhiên liệu đến bơm cao áp, giúp bơm cao áp nhanh chóng nhận nhiên liệu và tăng áp cho ống phân phối khi động cơ khởi động Bình lọc tách nước cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Trong hệ thống nhiên liệu diesel, bơm cao áp và vòi phun được bôi trơn bằng dầu diesel, nhưng nước có thể gây hại bằng cách làm rửa trôi dầu, tăng mài mòn và làm nghẹt lỗ phun Do đó, bình lọc tách nước đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ nước và lọc sạch các tạp chất lớn hơn 2 micromet trong dầu diesel.
Hình 3-5 C ấu tạo bộ lọc tách nước
1- Bulông xả nước; 2-Phao báo mức nước; 3-Vỏ bình lọc; 4- Phần tử lọc; 5-Nắp bộ lọc;
6- Công tắc áp suất nhên liệu; 7- Đầu ra của nhiên liệu; 8- Vít xả gió;
9- Đầu vào của nhiên liệu; 10- Cảm biến lượng nước lắng
Khi dầu diesel được bơm từ thùng, quá trình bơm trợ lực và bơm cao áp sẽ hút dầu qua bộ lọc Tại bộ lọc, nước nặng sẽ lắng xuống đáy, trong khi phần nhiên liệu phía trên sẽ được lọc sạch tạp chất trước khi đến bơm cao áp.
Phần đáy bình tách nước có phao báo mức nước, khi phao ở giới hạn trên (120cc), ECM động cơ sẽ kích hoạt đèn báo trên bảng điều khiển, nhắc nhở lái xe xả nước Nắp bình có vít xả gió, việc xả gió thực hiện qua bơm trợ lực Công tắc áp suất nhiên liệu báo áp suất dầu ở đầu ra bình lọc tách nước, giúp ECM điều khiển đèn báo áp suất dầu trên đồng hồ ôtô, cảnh báo cần thay phần tử lọc Công tắc này thường mở, đóng khi áp suất dầu nhỏ hơn -32kPa, và đèn báo sáng khi công tắc đóng quá năm giây, với điều kiện động cơ và bơm trợ lực hoạt động, nhiệt độ dầu trên 15°C, và áp suất khí trên đường nạp lớn hơn 75kPa.
Hình 3-6 C ấu tao van một chiều
1- Nhiên liệu từ bơm trợ lực;
2- Nhiên liệu đến bơm cao áp; 3- Nhiên liệu hồi về thùng nhiên liệu;
4- Nhiên liệu hồi về từ vòi phun và bơm cao áp; 5- Bi của van một chiều;
6- lò xo van một chiều; A- dòng nhiên liệu đi qua van; B- dòng nhiên liệu bị chặn
Van một chiều kết nối đường ống cấp dầu trước bơm cao áp và đường dầu hồi về thùng trước bộ làm mát, có nhiệm vụ giảm áp suất dầu do bơm trợ lực tạo ra khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp Van này cũng ngăn chặn nhiên liệu có nhiệt độ cao trong đường ống hồi dầu quay ngược lại đường ống cấp dầu, đảm bảo hiệu suất hoạt động của bộ làm mát nhiên liệu.
Trong hệ thống nhiên liệu Common rail, dầu diesel phải chịu áp suất cao và lưu thông qua các thiết bị có nhiệt độ cao, dẫn đến việc nhiệt độ dầu tăng lên Khi nhiệt độ dầu diesel vượt mức cho phép, nó sẽ ảnh hưởng đến khả năng bôi trơn của các chi tiết trong hệ thống và có nguy cơ gây cháy nổ khi dầu trở về thùng nhiên liệu Để kiểm soát nhiệt độ dầu diesel, một bộ làm mát dầu được lắp đặt trên đường hồi dầu về thùng nhiên liệu.
Mạch điều khiển của hệ thống
3.1.3.1 Các ph ần tử của mạch điều khiển a Cảm biến vị trí bàn đạp ga (Accelerator Pedal Position Sensor)
Hình 3-21 V ị trí đặt cảm biến bàn đạp ga và đồ thị biến đổ tín hiệu các cảm biến theo v ị trí bàn đạp ga
1- Cảm biến bàn đạp chân ga; 2- Bệ đặt bàn đạp ga; 3- Đai ốc gắn bàn đạp ga; X- Độ mởi bàn đạp chân ga; Y- Tín hiệu cảm biến gửi về ECM động cơ;
Cảm biến APP1, APP2 và APP3 là những cảm biến quan trọng trong hệ thống ghi nhận thông tin cho ECM động cơ Chúng được kết nối với bàn đạp ga qua cáp nối, có nhiệm vụ tiếp nhận yêu cầu từ người điều khiển ôtô thông qua việc điều chỉnh bàn đạp ga Các cảm biến này chuyển đổi sự thay đổi vị trí cơ học của bàn đạp thành tín hiệu điện, gửi về ECM để điều khiển vòi phun, từ đó điều chỉnh lượng phun, thời gian và áp suất phun phù hợp với yêu cầu tăng tốc hoặc giảm tốc của người lái.
Cảm biến vị trí bàn đạp ga bao gồm ba cảm biến độc lập được lắp đặt trong một vỏ chung, giúp ngăn ngừa sự cố khi một cảm biến không hoạt động Mỗi cảm biến được trang bị một công tắc tiếp xúc, hoạt động dựa trên góc độ của bàn đạp ga.
Cảm biến vị trí bàn đạp ga cung cấp cho ECM động cơ ba tín hiệu điện áp tại vị trí bàn đạp ga Cảm biến đầu tiên gửi tín hiệu điện áp tăng dần theo độ ấn bàn đạp ga; khi không có tác động, nó sẽ truyền tín hiệu với giá trị nhỏ nhất Trong khi đó, cảm biến thứ hai và thứ ba gửi tín hiệu giảm dần theo độ ấn bàn đạp ga, và khi không có tác động, chúng sẽ gửi tín hiệu với giá trị lớn nhất Hai tín hiệu từ hai cảm biến này có giá trị khác nhau, giúp ECM động cơ nhận diện chính xác vị trí bàn đạp ga.
Các tín hiệu từ các cảm biến sẽ được ECM đối chiếu từng đôi Nếu tín hiệu của cảm biến nào không khớp với giá trị trong bộ nhớ ECM, tín hiệu đó sẽ bị báo lỗi và không được sử dụng để điều chỉnh động cơ Một trong những cảm biến quan trọng là cảm biến vị trí trục khuỷu (Crankshaft position sensor).
Hình 3-22 K ết cấu cảm biến vị trí trục khuỷu
1- Cảm biến; 2- Bánh răng tạo xung; 3- Trục khuỷu; 4- Bulông gắn bánh răng
Cảm biến vị trí trục khuỷu được lắp đặt bên trái của khối xylanh phía sau máy khởi động, cung cấp tín hiệu cho ECM động cơ Tín hiệu này giúp ECM xác định vị trí tức thời và tốc độ của trục khuỷu, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ.
Bộ cảm biến gồm hai phần chính: bánh răng tạo xung và cảm biến điện từ Bánh răng tạo xung được lắp đặt gần bánh đà, có 56 răng với khoảng cách giữa các răng là 10 độ, cùng với một khoảng trống rộng 30 độ Cảm biến sử dụng trong hệ thống này là loại cảm biến điện từ.
Cảm biến gửi tín hiệu đến ECM động cơ dưới dạng sóng vuông điện áp (xung NE), khi răng trên bánh răng đi qua cảm biến, điện áp cảm biến sẽ bằng không Khoảng trống trên bánh răng tạo xung kết hợp với cảm biến vị trí trục cam để xác định xylanh số một.
Bộ cảm biến vị trí trục cam được lắp đặt trên thân động cơ, gần bánh xích trung gian dẫn động cam phân phối khí Chức năng của cảm biến này là truyền dữ liệu đến ECM động cơ, giúp ECM nhận diện các xylanh và xác định chính xác vị trí các điểm chết của piston tại một thời điểm nhất định.
Cảm biến vị trí trục cam gồm các bộ tạo xung nằm trên bánh xích dẫn động trục cam và cảm biến điện từ
Hình 3-23 K ết cấu cảm biến vị trí trục cam
1- Bánh xích trung gian dẫn động trục cam; 2- Cảm biến vị trí trục cam; 3-Các mấu lồi
Bộ tạo xung là các mấu lồi trên mặt bánh xích của trục trung gian dẫn động cam phân phối khí, với năm mấu lồi được bố trí đặc biệt: bốn mấu cách đều nhau 90 độ và một mấu bổ sung lệch 15 độ Cảm biến trong bộ cảm biến này sử dụng công nghệ cảm biến điện từ.
Trong chu trình hoạt động của động cơ, cảm biến vị trí trục cam tạo ra năm xung TDC, nhưng chỉ một xung được sử dụng để ECM nhận diện xy lanh số một ECM nhận biết xy lanh số một khi phát hiện đồng thời xung NE ở phần răng thiếu trên vành răng cảm biến vị trí trục khuỷu cùng với hai xung TDC liên tiếp.
Hình 3-24 Quan h ệ giữa tín hiệu cảm biến vị trí trục cam v à v ị trí trục khuỷu
A- Tín hiệu vị trí trục cam; B- Tín hiệu vị trí trục khuỷu;
I- Tín hiệu của xylanh số một; II-Tín hiệu của xylanh số ba; CA- Góc quay trục khuỷu d Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (Fuel temperature sensor)
Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu được lắp trên bơm cao áp, có nhiệm vụ thu thập và truyền tải thông tin về nhiệt độ nhiên liệu đến ECM động cơ Thông tin này giúp ECM tính toán chính xác lượng phun và thời điểm phun nhiên liệu Cảm biến bao gồm một điện trở có hệ số giản nở nhiệt âm, với nguồn điện 5 volts từ ECM làm cơ sở cho việc xác định sự thay đổi tín hiệu Khi nhiệt độ nhiên liệu giảm, điện trở của cảm biến tăng, dẫn đến tín hiệu điện thế gửi về ECM cũng tăng lên, trong khi khi nhiệt độ nhiên liệu tăng, điện trở giảm, làm giảm tín hiệu điện áp gửi về động cơ.
Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu được đặt ở vị trí chiến lược, giúp theo dõi sự thay đổi tín hiệu theo nhiệt độ của nhiên liệu một cách chính xác Đồ thị minh họa sự biến đổi tín hiệu cảm biến tương ứng với nhiệt độ, cung cấp thông tin quan trọng cho việc điều chỉnh và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.
1-Bơm cao áp; 2- Bộ điều chỉnh áp suât ống phân phối; 3- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu;
A- Đường thay đổi của điện trở cảm biến theo nhiệt độ;
B- Đường thay đổi của của hiệu điện thế cảm biến theo nhiệt độ;
Ttrục X- Nhiệt độ nhiên liệu; Trục Y- Điện trở; Trục Z- Điện thế e Cảm biến áp suất ống phân phối (Fuel rail pressure sensor)
Cảm biến áp suất ống phân phối đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi tín hiệu áp suất từ ống phân phối thành tín hiệu điện, sau đó truyền về ECM của động cơ.
Tín hiệu từ cảm biến áp suất được ECM sử dụng để điều chỉnh áp suất trong ống phân phối, thông qua việc điều chỉnh bộ điều khiển áp suất của bơm cao áp.
Hình 3-26.C ảm biến áp suất ống phân phối và đồ thị biến đổi tín hiệu cảm biến theo áp su ất ống phân phối
A- Cảm biến áp suất ống phân phối; B- Rắc nối cảm biến;
Trục X- Điện thế cảm biến gửi về ECM (V); Trục Y- Áp suất ống phân phối f Cảm biến nhiệt độ dung dịch làm mát (Coolant temperature sensor)
Mạch khí của hệ thống
Động cơ sử dụng hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp và buồng đốt thống nhất nhằm nâng cao hiệu suất và giảm lượng NOx trong khí thải Để đạt được điều này, hệ thống nạp khí thường được trang bị máy nén khí và mạch hồi lưu khí xả Tất cả hoạt động này được điều khiển bởi ECM, giúp động cơ hoạt động hiệu quả theo từng chế độ.
3.1.4.1 M ạch hồi lưu khí xả
Hình 3- 33 Sơ đồ mạch hồi lưu khí xả
1- Bộ làm mát khí xả hồi lưu; 2- Chất làm mát vào; 3- Chất làm mát ra;
4- Van hồi lưu khí xả, 5- ECM; 6- Cảm biến khí nạp; 7- Van nạp khí vào
Hệ thống hồi lưu khí xả (EGR) là một cơ chế quan trọng giúp giảm lượng NOx trong khí thải động cơ bằng cách luân chuyển một phần khí xả trở lại ống nạp Việc điều khiển lượng khí xả hồi về được thực hiện bởi ECM thông qua van hồi lưu khí xả Hệ thống này chỉ hoạt động khi các thông số như tốc độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ chất làm mát và lưu lượng khí nạp đạt giá trị tiêu chuẩn mà ECM quy định.
- Van hồi lưu khí xả
Van hồi lưu khí xả là một loại van điện từ được điều khiển bởi ECM thông qua tín hiệu điện gửi đến cuộn dây từ Độ mở của van được tính toán dựa trên tín hiệu tốc độ động cơ và lượng phun chuẩn Vị trí mở của van được xác định bởi cảm biến vị trí và được gửi lại cho ECM của động cơ.
Van hồi lưu khí xả hoạt động khi đạt các điều kiện về tốc độ động cơ, nhiệt độ nước làm mát, cũng như nhiệt độ và áp suất khí nạp Độ mở của van phụ thuộc vào tốc độ động cơ và lượng nhiên liệu phun.
Hình 3-34 Van hồi lưu khí xả
1- Khí vào; 2- Khí ra; 3- Lò xo hồi; 4- Chốt cố định lò xo hồi; 5- Mấu chặn; 6- Đĩa lò xo; 7-Bạc làm kín; 8- Lọc; 9-Bộ phận cố định; 10-Thanh truyền của van; 11- Van; 12-Đế van
Tuabin tăng áp trong động cơ có chức năng tăng lượng không khí nạp, từ đó nâng cao hiệu suất động cơ và giảm nhiệt độ của các bộ phận như piston, nắp xylanh và xuppap Dòng khí thải được sử dụng để dẫn động tuabin, trong khi không khí nạp được nén và tăng áp trước khi vào ống nạp Quá trình làm mát không khí tăng áp giúp giảm nhiệt độ khí nạp, tăng lượng không khí thực tế vào động cơ Để kiểm soát áp suất khí nạp khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao, van điều áp được lắp đặt trên đường khí thải của tuabin Van này mở ra khi áp suất trong ống nạp đạt mức nhất định, cho phép khí thải đi thẳng đến bình giảm thanh, giảm lưu lượng khí qua tuabin và do đó giảm áp suất không khí nạp vào động cơ.
1- Van điều áp; 2- Khí thải ra; 3- Cánh tuabin; 4- Cánh máy nén;
5- Bộ lọc không khí; 6- Bộ làm mát khí nạp.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Trong hệ thống nhiên liệu Common Rail, ECM (Electronic Control Module) đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển toàn bộ hoạt động của động cơ ECM thu nhận tín hiệu từ các cảm biến như cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến vị trí bàn đạp ga và cảm biến áp suất không khí, từ đó tính toán và quyết định điều khiển các bộ phận như bơm cao áp, vòi phun và van hồi lưu khí xả Điều này giúp cung cấp nhiên liệu và không khí cho động cơ một cách tối ưu.
Khi bật công tắc sang vị trí ON, bơm trợ lực sẽ được vận hành cấp nhiên liệu đến bơm cao áp
Trong giai đoạn khởi động, van điều khiển áp suất ống phân phối mở hoàn toàn, cho phép bơm cao áp nén nhiên liệu với lưu lượng lớn nhất, nhanh chóng tăng áp suất nhiên liệu trong ống phân phối Tuy nhiên, ECM chỉ kích hoạt vòi phun khi nhận được tín hiệu vị trí của xylanh thứ nhất từ cảm biến vị trí trục cam và trục khuỷu Nếu mất tín hiệu từ các cảm biến như cảm biến vị trí trục cam, trục khuỷu hay vị trí bàn đạp ga, động cơ sẽ không thể khởi động.
Khi ôtô vận hành, nếu mất tín hiệu từ các cảm biến như cảm biến nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nhiên liệu và vị trí trục cam, ECM sẽ tự động thay thế bằng tín hiệu chuẩn đã định sẵn, giúp động cơ hoạt động ổn định Trong trường hợp ECM không nhận được tín hiệu từ cảm biến tốc độ động cơ, vị trí bàn đạp ga và áp suất nhiên liệu, hệ thống sẽ chuyển sang chế độ an toàn, duy trì tốc độ ôtô ở mức 15 km/h Điều này đảm bảo an toàn cho xe, tránh hư hỏng đột ngột và bảo vệ người trên xe.
Chẩn đoán kỹ thuật và biện pháp khắc phục hư hỏng của hệ thống nhiên liệu
3.3.1 Tổng quan về chẩn đoán kỹ thuật
Chẩn đoán kỹ thuật là phương pháp sử dụng thiết bị để kiểm tra trạng thái kỹ thuật của máy móc mà không cần tháo rời Phương pháp này dựa trên các quy luật và tiêu chuẩn đặc trưng để đánh giá tình trạng kỹ thuật của cụm máy, giúp xác định liệu nó đang hoạt động tốt hay xấu.
● Đặc điểm của chẩn đoán kỹ thuật
- Đánh giá tình trạng kỹ thuật của đối tượng một cách chính xác, khách quan và nhanh chóng
Giảm tổng chi phí lao động đồng thời dự báo sự an toàn trong công việc kỹ thuật là điều cần thiết, trong khi vẫn đảm bảo chất lượng cao cho các chi tiết, vì chúng không bị tháo rời.
- Chẩn đoán kỹ thuật giúp quyết định phương án sửa chữa, bảo dưỡng
● Nhiệm vụ, yêu cầu của chẩn đoán kỹ thuật
Xác định trạng thái kỹ thuật của cụm máy và tổng thành mà không cần tháo rời hay thay đổi sơ đồ lắp và sơ đồ động giúp cung cấp thông tin về mức độ hư hỏng cũng như khối lượng tác động kỹ thuật cần thiết để phục hồi chi tiết đó.
- Yêu cầu: kết quả chẩn đoán kỹ thuật có độ tin cậy cao
3.3.2 Chẩn đoán kỹ thuật hệ thống nhiên liệu Common rail trên ôtô ISUZU Dmax
Trên ô tô ISUZU Dmax, quá trình chẩn đoán kỹ thuật được thực hiện với sự hỗ trợ của thiết bị điện tử, bao gồm ECM và công cụ kiểm tra Tech 2.
ECM có chức năng phát hiện và ghi nhận các hoạt động bất thường trong hệ thống, cũng như hư hỏng của thiết bị điện tử Những thông tin này được thể hiện dưới dạng mã lỗi và hiển thị qua đèn Check trên mặt đồng hồ của ô tô.
Trong quá trình kiểm tra và sửa chữa, ECM được kết nối với thiết bị Tech 2, giúp hiển thị mã lỗi từ bộ nhớ của ECM, từ đó nhanh chóng phát hiện hư hỏng trong hệ thống Tech 2 cũng cung cấp thông tin về thông số làm việc của động cơ và các thông số chuẩn, cho phép lập trình lại mức độ hoạt động của một số thiết bị trong động cơ Thêm vào đó, Tech 2 có khả năng kích hoạt cưỡng bức các rơ-le và van điện từ mà không cần phụ thuộc vào ECM, giúp kiểm tra hoạt động của các thành phần này trong hệ thống động cơ.
Việc sử dụng các thiết bị chẩn đoán điện tử giúp kiểm tra hư hỏng trong hệ thống nhiên liệu Common Rail trở nên dễ dàng hơn, bao gồm kiểm tra cảm biến chân ga, van điều khiển áp suất và vòi phun, cũng như áp suất nhiên liệu trong ống phân phối Các thiết bị này cũng có khả năng phát hiện các lỗi như áp suất nhiên liệu vượt mức cho phép và giảm áp suất trong bộ phận lọc, cung cấp thông tin hỗ trợ cho việc chẩn đoán hư hỏng ngoài hệ thống điều khiển điện tử Tuy nhiên, chẩn đoán hư hỏng động cơ không chỉ phụ thuộc vào công nghệ mà còn cần đến trình độ và kinh nghiệm của thợ sửa chữa cùng với tài liệu hướng dẫn từ nhà sản xuất.
Trước khi sử dụng thiết bị điện tử để chẩn đoán, thợ sửa chữa thường dựa vào kinh nghiệm và thực hiện kiểm tra trực quan bên ngoài hệ thống Họ sẽ kiểm tra các hư hỏng có thể nhìn thấy, bao gồm việc kiểm tra nhiên liệu, phát hiện rò rỉ ở đường ống và các đầu nối, cũng như kiểm tra các rắc nối thiết bị trong hệ thống điều khiển điện tử.
3.3.3 Một số hư hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục trên hệ thống nhiên liệu Common rail
3.3.3.1 Động cơ khó khởi động
Nguyên nhân dẫn đến sự cố có thể bao gồm: thiếu nhiên liệu đến bơm cao áp, áp suất phun quá thấp, vòi phun bị hư hỏng, sử dụng sai loại nhiên liệu và hư hỏng hệ thống điều khiển điện tử.
- Không có nhiên liệu cung cấp cho hệ thống do hết nhiên liệu trong thùng, cần bổ xung nhiên liệu
- Áp suất phun quá thấp do:
Ống nhiên liệu, bộ làm mát và thiết bị lọc nhiên liệu có thể bị nghẹt, gây cản trở sự di chuyển của nhiên liệu trong hệ thống Nếu vị trí nối của ống nhiên liệu bị lỏng, sẽ xảy ra rò rỉ, làm giảm áp suất nhiên liệu trên ống cao áp Để khắc phục tình trạng này, cần sửa chữa hoặc thay thế đường ống và bộ làm mát nhiên liệu, đồng thời kiểm tra và làm kín các đầu nối đường ống.
Có không khí trong hệ thống, cần tiến hành xả gió
Bơm cao áp hỏng, cần sửa chữa hoặc thay thế
Van giới hạn áp suất ống phân phối do hư hỏng nên ở chế độ thường mở, làm giảm áp suất nhiên liệu trong ống phân phối, cần thay thế
- Vòi phun bị hư hỏng do lỗ phun bị nghẹt hoặc vòi phun không hoạt động, thay thế vòi phun
Hệ thống điều khiển điện tử gặp sự cố, dẫn đến việc không thể điều chỉnh hoạt động của bơm trợ lực, van điều khiển áp suất ống phân phối và vòi phun.
3.3.3.2 T ốc độ cầm chừng không ổn định hoặc động cơ giảm công suất
Nguyên nhân: nhiên liệu cung cấp cho vòi phun không ổn định, hỏng vòi phun, nhiên liệu không bảo đảm chất lượng, hư hỏng hệ thống điều khiển
Nhiên liệu cung cấp cho vòi phun có thể không ổn định do sự hiện diện của không khí trong hệ thống, rò rỉ nhiên liệu, hoặc nghẹt các thiết bị làm mát, ống dẫn nhiên liệu, và lọc nhiên liệu Để khắc phục tình trạng này, cần tiến hành xả gió và sửa chữa hoặc thay thế các thiết bị hư hỏng.
Hệ thống điều khiển điện tử bị hư hỏng có thể ảnh hưởng đến chất lượng quá trình phun nhiên liệu Do đó, việc kiểm tra và sửa chữa hệ thống điều khiển điện tử là cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động của động cơ.
Chất lượng nhiên liệu kém có thể dẫn đến sự lẫn lộn với nước và tạp chất, gây nghẹt đầu hút của bơm trợ lực Điều này ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình cháy của động cơ, khiến động cơ hoạt động không ổn định và giảm công suất Do đó, cần phải thay thế nhiên liệu trong toàn bộ hệ thống để khôi phục hiệu suất hoạt động.
3.3.3.3 T ốc độ tối đa thấp
Nguyên nhân chính gây ra tình trạng động cơ không nhận đủ nhiên liệu khi hoạt động ở tốc độ cao là do hệ thống nhiên liệu gặp sự cố Lượng nhiên liệu bị giảm có thể do các thiết bị trong hệ thống bị nghẹt hoặc hư hỏng, dẫn đến giảm lưu lượng nhiên liệu trong đường ống Để khắc phục, cần tiến hành sửa chữa hoặc thay thế các thiết bị hỏng hóc trong hệ thống nhiên liệu.
Mô phỏng sự hoạt động của hệ thống nhiên liệu Common rail
Mô phỏng giúp người đọc dễ dàng hình dung cấu trúc và nguyên lý hoạt động của thiết bị hoặc hệ thống, từ đó nâng cao khả năng truyền đạt thông tin của tác giả.
Yêu cầu đối với chương trình mô phỏng:
- Nội dung mô phỏng phải chính xác và khoa học;
- Chương trình mô phỏng phải dễ sử dụng và mang tính thẩm mỹ
● Trình tự thực hiện một chương trình mô phỏng được mô tả trên hình 3-38
Hình 3- 36 Sơ đồ mô tả tr ình t ự thực hiện mô phỏng
Mô phỏng hoạt động hệ thống nhiên liệu common rail
Tìm hiểu kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống
Tìm hiểu các phần mềm ứng dụng
Lựa chọn phần mềm sử dụng
Tạo dữ liệu đầu vào Thực hiện chương trình Chạy thử, kiểm tra Hoàn chỉnh Phát thảo hệ thống cần mô phỏng
● Tạo dữ liệu cho mô phỏng
Trong quá trình mô phỏng, việc tạo dữ liệu đóng vai trò quan trọng, vì nó là nền tảng cho các bước tiếp theo trong mô phỏng Dữ liệu này bao gồm các thông tin cần thiết để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của quá trình mô phỏng.
+ Kiến thức về hệ thống cần mô phỏng: cấu tạo và nguyên lý hoạt động của toàn hệ thống và của các thành tố trong hệ thống
+ Kiến thức về các phần mềm làm công cụ mô phỏng: cách vẽ, xử lý hình ảnh, dựng phim v.v
Để mô phỏng hoạt động của hệ thống nhiên liệu Common Rail, tôi đã lựa chọn sử dụng phần mềm Autocad 2004 và Flash MX - 2004.
Autocad 2004 là phần mềm vẽ kỹ thuật chuyên dụng, cho phép người dùng tạo ra các bản vẽ 2D và 3D với độ chính xác cao Giao diện thân thiện và thao tác đơn giản giúp người dùng dễ dàng xây dựng bản vẽ một cách nhanh chóng và hiệu quả.
- Giao diện phần mềm Autocad 2004
Hình 3-37 Giao di ện phần mềm Autocad 2004
Thanh Draw: chứa các công cụ vẽ đối tượng trong mặt phẳng
Thanh Standard: thanh cong cụ chuẩn chứa các công cụ như của Window: mở bản vẽ mới, lưu bản vẽ, in bản vẽ, …
Thanh Modify: dùng để điều chỉnh đối tượng như sao chép, xóa, thay đổi chiều dài, …
Thanh dimension: dùng để đo và ghi các thông số kích thước của đối tượng
Thanh Layer là công cụ giúp phân lớp trong bản vẽ, cho phép tạo ra các đối tượng với những đặc tính khác nhau trên cùng một bản vẽ, từ đó làm cho bản vẽ trở nên rõ ràng và dễ hiểu hơn.
Thanh Object Snap: dùng để bắt dính chính xác đối tượng
Phần mềm Flash MX - 2004 là một công cụ đa năng với nhiều tính năng nổi bật như tạo hoạt hình, làm phim và thiết kế web Nó cung cấp đầy đủ các công cụ cần thiết để mô phỏng hoạt động của hệ thống nhiên liệu Bên cạnh đó, phần mềm còn hỗ trợ soạn thảo văn bản và trình bày thông tin một cách khoa học, giúp người dùng dễ dàng truyền đạt ý tưởng và nội dung.
- Giao diện của Flash MX - 2004
Giao diện phần mềm Flash MX - 2004 thể hiện trên hình 3-38
Hình 3-38 Giao di ện phần mềm Flash MX -2004
- Các tính năng của Fash
Phần mềm này có giao diện với thanh công cụ đa dạng, cung cấp nhiều công cụ vẽ và xử lý hình ảnh giống như các phần mềm chỉnh sửa ảnh khác Điểm nổi bật của phần mềm là thanh Timeline, cho phép người dùng lắp ghép các hình ảnh một cách linh hoạt.
Khu vực thực hiện mô phỏng Thư viện gồm các bộ phận của hình mô phỏng
Thanh công cụ Thanh menu
Tính chất của đối tượng
Phần mềm này cho phép người dùng hiển thị và cài đặt các khung hình trong một bộ phim ảnh, tạo ra một đoạn phim liên tục và có khả năng chèn âm thanh Với tính năng làm phim và xử lý ảnh chất lượng cao, phần mềm này được sử dụng rộng rãi trong việc viết hoạt hình và phát triển web.
3.4.3 Thực hiện mô phỏng hệ thống nhiên liệu Common rail a Đầu tiên ta tiến hành tạo dữ liệu mô phỏng, gồm có những kiến thức về cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu Common rail và việc sử dụng các phần mềm mô phỏng, đặc biệt là Flash b Phát thảo hệ thống nhiên liệu và vẽ các chi tiết của hệ thống trên phần mềm Autocad Ví dụ: ống phân phối trên hình 3-40 c Chuyển các chi tiết từ bản vẽ Autocad sang bài mô phỏng trên Flash dưới dạng các symbol Tùy vào các chi tiết mà ta có thể tô màu cho các chi tiết, hoặc tạo đoạn phim tự phát cho chi tiết d Lắp ghép các bộ phận của hệ thống vào hình vẽ tổng hợp sau đó tạo các hiệu ứng chuyển động cho các chi tiết trong hệ thống e Xuất phim mô phỏng ở dạng *.swf, hoạt dạng tự phát; kiểm tra hoạt động của hệ thống so với lý thuyết, tính thẩm mỹ của bài mô phỏng trước khi hoàn thành mô phỏng hệ thống được mô phỏng thể hiện trên hình 3-43
Hình 3-39 Chi ti ết ống phân phối tr ên Autocad
Hình 3-40 Chi ti ết ống phân phối tr ên Flash
Hình 3-41 Phim mô ph ỏng hệ thống Common rail tr ên ôtô ISUZU Dmax
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Sau một thời gian nghiên cứu nghiêm túc, tôi đã hoàn thành đề tài “Phân tích đặc điểm về cấu tạo, nguyên lý làm việc và mô phỏng hoạt động của hệ thống nhiên liệu Commonrail trên Ôtô ISUZU - Dmax TFS - 2007” Việc thực hiện đề tài này không chỉ giúp tôi nâng cao kiến thức chuyên môn mà còn cải thiện kỹ năng tin học và ngoại ngữ Đồng thời, tôi cũng tích lũy được nhiều kinh nghiệm quý báu trong việc giải quyết các vấn đề khoa học, từ đó chuẩn bị tốt hơn cho công việc sau khi ra trường.
Hệ thống nhiên liệu Common rail đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên các ô tô hiện đại sử dụng động cơ diesel, đặc biệt là tại Châu Âu Công nghệ này không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ khí xả, đáp ứng các yêu cầu phát triển bền vững hiện nay.
Trong số các ôtô sử dụng động cơ diesel hiện nay, nhiều xe vẫn trang bị hệ thống nhiên liệu cổ điển do giá thành hợp lý, nhưng điều này dẫn đến việc tiêu thụ nhiên liệu cao và gây ô nhiễm môi trường Ngược lại, các hệ thống nhiên liệu hiện đại như bơm cao áp điều khiển điện tử và hệ thống HDI, tương tự như Common rail, đã cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm Sự lựa chọn hệ thống nhiên liệu cho động cơ diesel phụ thuộc vào mục đích sử dụng, chi phí và yêu cầu về khí thải Để hệ thống Common rail được áp dụng rộng rãi, các nhà sản xuất cần giảm giá thành sản phẩm, từ đó hỗ trợ nỗ lực cải thiện ô nhiễm môi trường.
Trong tương lai, hệ thống nhiên liệu Common Rail sẽ tiếp tục là công nghệ phun nhiên liệu tiên tiến nhất và được áp dụng rộng rãi Các nhà chế tạo đang nghiên cứu cải tiến hệ thống nhằm nâng cao hiệu quả, bao gồm việc tăng áp suất phun để tạo độ tơi cho tia nhiên liệu, thực hiện phun nhiên liệu theo giai đoạn để cải thiện chất lượng quá trình cháy, và nâng cao độ chính xác cũng như ổn định của các thiết bị điều khiển nhằm giảm hư hỏng Bên cạnh đó, để giảm ô nhiễm môi trường từ khí xả, động cơ được trang bị thêm thiết bị xử lý và kiểm soát khí xả trên đường nạp Những cải tiến này giúp hệ thống nhiên liệu Common Rail ngày càng hoàn thiện, hướng tới mục tiêu trở thành công nghệ thân thiện với môi trường.
