phân tích đặc điểm về cấu tạo, nguyên lý làm việc và mô phỏng sự hoạt động của hệ thống nhiên liệu commonrail trên ôtô isuzu - dmax tfs - 2007

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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ

-

Đinh Huỳnh Khải Đường

CK46 – DLOT

Đề tài : Phân tích đặc điểm về cấu tạo, nguyên lý làm việc và mô

phỏng sự hoạt động của hệ thống nhiên liệu Commonrail trên Ôtô

ISUZU - Dmax TFS - 2007

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH KỸ THUẬT ÔTÔ

NHA TRANG - 11/2008

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ

-

Đinh Huỳnh Khải Đường

CK46 – DLOT

Đề tài : Phân tích đặc điểm về cấu tạo, nguyên lý làm việc và mô

phỏng sự hoạt động của hệ thống nhiên liệu Commonrail trên Ôtô

ISUZU - Dmax TFS - 2007

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH KỸ THUẬT ÔTÔ

Cán bộ hướng dẫn : Ths Huỳnh Trọng Chương

NHA TRANG - 11/2008

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU

ĐỘNG CƠ DIESEL

1.1 Chức năng và yêu cầu……… 1

1.1.1 Chức năng……….………1

1.1.2 Yêu cầu……… ………1

1.1.2.1 Yêu cầu chung của hê thống……… ……… 1

1.1.2.2 Yêu cầu về việc dự trữ và lọc nhiên liệu………1

1.1.2.3 Yêu cầu về việc cung cấp nhiên liệu trong động cơ diesel………1

1.1.2.4 Yêu cầu về cấu trúc tia nhiên liệu……… ………1

1.2 Quá trình tạo hỗn hợp cháy (HHC) của động cơ diesel……… 2

1.2.1 Đặc điểm quá trình hình thành HHC trong động cơ diesel………… ………2

1.2.2 Chất lượng quá trình tạo HHC ở động cơ diesel………… ………2

1.2.2.1 Độ đồng nhất của HHC……….………2

1.2.2.2 Chất lượng định lượng ………3

1.2.2.3 Chất lượng định thời……… ………3

1.2.2.4 Quy luật phun nhiên liệu……….………4

1.3 Quá trình cháy ở động cơ diesel……… ………4

1.3.1 Các giai đoạn cháy ở động cơ diesel……… ………4

1.3.1.1 Giai đoạn chậm cháy……… ………….………4

1.3.1.2 Giai đoạn cháy không điều khiển………… … ………6

1.3.1.3 Giai đoạn cháy có điều khiển……….…… ………6

1.3.1.4 Giai đoạn cháy rớt……… …….………6

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy ở động cơ diesel……… ……7

1.4 Các loại buồng đốt của động cơ diesel……….……… 7

1.4.1 Buồng đốt thống nhất……….………8

1.4.1.1.Đặc điểm buồng đốt thống nhất……….………8

1.4.1.2 Hình thành hòa khí trong buồng đốt thống nhất……… ………9

1.4.2 Buồng đốt khoét sâu trên đỉnh piston……… ………9

1.4.2.1 Đặc điểm buồng đốt khoét sâu trên đỉnh piston……….………9

1.4.2.2 Quá trình hình thành hòa khí trong buồng đốt khoét sâu trên đỉnh piston……… ………10

1.4.3 Buồng đốt xoáy lốc……… ………11

1.4.3.1 Đặc điểm buồng đốt xoáy lốc………11

1.4.3.2 Quá trình hình thành hòa khí trong buồng đốt xoáy lốc……….…………12

1.4.4 Buồng đốt dự bị……… …………12

1.4.4.1.Đặc điểm buồng đốt dự bị……… ………12

1.4.4.2 Quá trình hình thành hòa khí trong buồng đốt dự bị………13

1.5 Một số hệ thống phun nhiên liệu trên động cơ Diesel……….14

1.5.1 Theo công nghệ phun nhiên liệu truyền thống………14

1.5.1.1 Đặc điểm công nghệ phun nhiên liệu truyền thống………… …………14

1.5.1.2 Một số hệ thống nhiên liệu điển hình dùng công nghệ phun nhiên liệu truyền thống:………14

1.5.2 Theo công nghệ phun nhiên liệu hiện đại ……….………20

1.5.2.1 Đặc điểm công nghệ phun nhiên liệu hiện đại………….………20

1.6 Ra đời của hệ thống nhiên liệu Common rail ……….20

1.6.1.Những nhược điểm của các hệ thống nhiên liệu truyền thống ………….…20

1 6 2 Nh ữn g đ ặc đ iểm mới củ a hệ thống nhiên liệu Common rail.….22 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ÔTÔ ISUZU D-MAX VÀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL 2.1 ÔTÔ ISUZU D-MAX ……… ……… 23

2.1.1 Đặc điểm của ISUZU D-MAX ……… 23

2.1.2 Các loại ISUZU D-MAX sản suất tại Việt Nam………… ………… 23

2.1.3 Đặc tính kỹ thuật của ISUZU D-MAX (TFS - 2007) tại Việt Nam…… 24

2.1.3.2 Động cơ và hệ thống truyền động……… ……… 24

2.1.3.3 Kích thước và trọng lượng……… ………25

2.1.3.4 Khung xe……… ………26

2.1.3.5 Ngoại thất……… ………26

2.1.3.6 Nội thất……… ……… 27

2.1.3.7 Thiết bị an toàn……… ……… 27

2.1.3.8 Tiện nghi……… ……….27

2.1.4 Tổng quan về động cơ 4JJ1-TC……… ……….28

2 1.4 1 P h ân lo ại ……… …… …… …… …… …… …… …… …… …… 2 8 2.1.4.2 Đặc tính kỹ thuật đông cơ 4JJ1-TC trang bị trên ôtô ISUZU D-MAX tại Việt Nam………30

2.2 Tổng quan hệ thống nhiên liệu Common rail……… ……… 32

2.2.1 Đặc điểm ………32

2.2.2 Ưu điểm ……… ……… 32

2.2.3 Nhược điểm ………33

2.2.4 Ứng dụng ………33

CHƯƠNG 3 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 … 34

3.1.1 Kết cấu của hệ thống………34

3.1.2 Mạch cung cấp nhiên liệu của hệ thống Common rail……….35

3.1.2.1 Vai trò của mạch cung cấp nhiên liệu……….……… 35

3.1.2.2 Sơ đồ mạch nhiên liệu……… ………… 35

3.1.2.3 Các cụm chi tiết trong mạch cung cấp nhiên liệu……… 35

3.1.2.4 Nguyên l ý hoạt động của mạch nhiên liệu ………….……… 51

3.1.3 Mạch điều khiển của hệ thống……… 52

3.1.3.1 Các phần tử của mạch điều khiển……… 52

3.1.3.2 Điều khiển phun nhiên liệu ………60

3.1.4 Mạch khí của hệ thống……… 63

3.1.4.1 Mạch hồi lưu khí xả……….……… 63

3.1.4.2 Mạch tăng áp……… ……….64

3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống……… ………….………….65

3.3 Chẩn đoán kỹ thuật và biện pháp khắc phục hư hỏng của hệ thống nhiên liệu Common rail trên ôtô ISUZU Dmax………66

3.3.1 Tổng quan về chẩn đoán kỹ thuật……… ……… 66

3.3.2 Chẩn đoán kỹ thuật hệ thống nhiên liệu Common rail trên ôtô ISUZU Dmax……… 67

3.3.3 Một số hư hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục trên hệ thống nhiên liệu Common rail……….68

3.3.4 Một số chú ý trong quá trình sửa, sử dụng……….………69

3.4 Mô phỏng sự hoạt động của hệ thống nhiên liệu Common rail……… 70

3.4.1 Mục đích yêu cầu……….……… 70

3.4.2 Phương pháp thực hiện……… ……… 70

3.4.3 Thực hiện mô phỏng hệ thống nhiên liệu Common rail……….………… 74

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 78

LỜI NÓI ĐẦU

Một trong những vấn đề cấp bách được đặt ra hiện nay đối với con người trong quá trình phát triển là sự cạn kiệt nguồn tài nguyên và ô nhiễm môi trường Vì vậy mà các công nghệ mới ra đời ra đời đều hướng đến mục đích tiết kiệm tài nguyên và giảm ô nhiễm môi trường Trên thế giới ôtô là phương tiện giao thông phổ biến nhất hiện nay và là một trong các tác nhân chính gây ô nhiễm môi trường không khí Do đó, vấn đề cải tiến công nghệ đối với động cơ ôtô, nhằm tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường càng trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết

Đối với động cơ diesel, do những đặc thù riêng về cấu tạo và nguyên lý hoạt động nên việc cải tạo động cơ theo hướng trên thường tập trung chủ yếu vào cải tiến

hệ thống nhiên liệu của động cơ Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, hệ thống nhiên liệu trên động cơ diesel cũng có những sự thay đổi lớn so với ban đầu Ngày nay trên các động cơ diesel hiện đại, hệ thống nhiên liệu được điều khiển hoàn toàn bằng điện tử nhờ vào máy tính và các thiết bị điện tử siêu chính xác, mà điển hình là hệ thống nhiên liệu Common rail Hệ thống nhiên liệu mới này giúp cho động cơ tiết kiệm nhiên liệu, nâng cao công suất và giảm sự độc hại của khí thải Hệ thống nhiên liệu Common rail được khá nhiều hãng sản xuất động cơ chế tạo và được sử dụng rộng rãi trên các ôtô ở các nước phát triển, đặc biệt là Châu Âu Đây là một trong những công nghệ đáp ứng được những yêu cầu mới trong quá trình phát triển, và là lựa chọn tốt nhất trong tương lai gần đối với động cơ diesel Nhận thấy nội dung đề tài có ý nghĩa thực tế cao, với mục đích tìm hiểu sâu về các công nghệ hiện đại được trang bị trên ôtô và để làm quen với công tác nghiên

cứu khoa học, nên đã nhận và thực hiện đề tài với nội dung:” Phân tích đặc điểm

về cấu tạo, nguyên lý làm việc và mô phỏng sự hoạt động của hệ thống nhiên liệu Common rail trên Ôtô ISUZU - Dmax TFS - 2007 ”

Đề tài được trình bày với các nội dung chính sau:

Chương 1: Cơ sở lý thuyết hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

Chương 2: Tổng quan ôtô ISUZU D-max và hệ thống nhiên liệu Common rail Chương 3: Hệ thống nhiên liệu Common rail trang bị trên ôtô ISUZU Dmax

Chủ đề tài rất mong muốn đóng góp một số kiến thức về hệ thống nhiên liệu Common rail cho các bạn sinh viên khóa sau

Sau một thời gian thực hiện, nội dung của đề tài đã hoàn thành Tuy nhiên, do giới hạn về trình độ, điều kiện trong quá trình thực hiện nên nội dung của luận văn không tránh khoải những thiếu sót, mong quý thầy và các bạn tận tình đóng góp ý kiến để luận văn được hoàn thiện hơn

Cuối cùng xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn , cùng quí thầy ở bộ môn Kỹ Thuật Ôtô, các bạn đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài và các anh trong bộ phận kỹ thuật công ty ISUZU Việt Nam chi nhánh Khánh Hòa đã giúp đỡ tài liệu và những kinh nghiệm thực tế trong quá trình thực hiện đề tài

Nha Trang, tháng 11 năm 2008 Sinh viên thực hiện Đinh Huỳnh Khải Đường

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL

1.1 Chức năng và yêu cầu

1.1.1 Chức năng

Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel có chức năng dự trữ, lọc sạch rồi phun nhiên liệu vào buồng đốt theo những yêu cầu về cấu tạo và tính năng của động cơ

1.1.2 Yêu cầu

1.1.2.1 Yêu cầu 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 cầu về việc dự trữ và lọc nhiên liệu

- 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 phải được lọc sạch nước và các tạp chất cơ học bảo đảm sự thông thoáng trong hệ thống, đặc biệt là các bề mặt lắp ghép siêu chính xác trong các thiết

bị của hệ thống

1.1.2.3 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 đốt đúng thời điểm và đúng qui luật;

- Lưu lượng nhiên liệu phun vào các xylanh phải đồng đều

1.1.2.4 Yêu cầu về cấu trúc tia nhiên liệu

Tia nhiên liệu phải kết hợp tốt giữa số lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước với hình dạng của buồng đốt và với cường độ và phương hướng chuyển động của môi chất trong buồng đốt để bảo đảm hòa khí được hình thành nhanh và đều

1.2 Quá trình tạo hỗn hợp cháy (HHC) của động cơ diesel

1.2.1 Đặc điểm quá trình hình thành HHC trong động cơ diesel

Nhiên liệu được dùng trong động cơ diesel là những thành phần chưng cất nặng từ dầu mỏ, có độ nhớt lớn và khó bay hơi Vì vậy, để đảm bảo chất lượng hỗn hợp cháy, chúng ta phải dùng phương pháp phun tơi nhiên liệu vào môi trường có

áp suất và nhiệt độ cao của môi chất công tác bên trong buồng đốt của động cơ vào cuối kỳ nén, dưới tác dụng của áp suất và nhiệt độ cao trong buồng đốt nhiên liệu sẽ được sấy nóng, hóa hơi một cách dễ dàng và tự phát hỏa

hành trình nén, do đó quá trình tạo hỗn hợp cháy chỉ diễn ra trong một khoảng thời gian rất ngắn, mặc khác quá trình phun nhiên liệu vào buồng đốt cần một khoảng thời gian nhất định, trong suốc thời gian đó thành phần hòa khí trong xylanh biến động liên tục, do vậy luôn xuất hiện tình trạng không đồng đều về thành phần hỗn hợp cháy trong không gian công tác của động cơ diesel

1.2.2 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:

+ Phun nhiên liệu vào buồng đốt dưới dạng sương mù bằng cách nén nhiên liệu đến áp suất rất cao (khoảng 30 ÷180MPa) rồi phun qua các lổ có tiết diện lưu thông nhỏ;

+ Phối hợp cấu trúc tia nhiên liệu với hình dáng và kích thước của buồng đốt; + Tạo chuyển động rối mạnh trong buồng đốt bằng cách khoét lõm đỉnh piston

và bố trí các đường ống nạp theo phương tiếp tuyến vách xylanh;

+ 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 Chất lượng định lượng

Chất lượng định lượng là khả năng điều chỉnh lượng nhiên liệu chu trình cho phù hợp với chế độ làm việc của động cơ và khả năng phân phối đều nhiên liệu cho các xylanh

Chất lượng định lượng của hệ thống nhiên liệu trong động cơ diesel được đánh giá bằng hai thông số:

trình công tác của một xylanh động cơ

+ Độ định lượng không đồng đều (∆gct): là đại lượng đặc trưng cho mức độ khác nhau về số lượng nhiên liệu chu trình ở các xylanh của cùng một động cơ

100

2

min max

min max

ct ct

ct ct

ct

g g

g g

+ Góc phun sớm nhiên liệu (θ) - là góc quay của trục khuỷu tính từ thời điểm nhiên liệu thực tế được phun vào buồng đốt đến thời điểm piston của động cơ 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

100

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

1.2.2.4 Quy luật phun nhiên liệu

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 là hàm số thể hiện đặc điểm thay đổi tốc

độ phun tức thời theo góc qua trục khuỷu trong quá trình phun

+ Quy luật phun dưới dạng tích phân là hàm số thể hiện đặc điểm thay đổi

theo góc quay trục khuỷu của lượng nhiên liệu được phun vào buồng đốt tính từ

thời điểm bắt đầu phun

Quy luật phun nhiên liệu có ảnh hưởng trực tiếp đến quy luật hình thành HHC,

do đó ảnh hưởng đến hàng loạt chỉ tiêu chất lượng của động cơ diesel

1.3 Quá trình cháy ở động cơ diesel

1.3.1 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

1.3.1.1 Giai đoạn chậm cháy

Giai đoạn này kéo dài từ thời điểm nhiên liệu được phun vào buồng đốt

(điểm cf) đến thời điểm nhiên liệu phát hỏa (điểm ci) Trong giai đoạn này tia nhiên

liệu phun vào buồng đốt sẽ bị phá vỡ thành nhiều hạt nhỏ, các hạt nhiên liệu sẽ

được sấy nóng, hóa hơi và hòa trộn với không khí nhờ vào áp suất và nhiệt độ cao

của môi chất công tác trong buồng đốt Hỗn hợp hơi nhiên liệu - không khí sẽ được

sấy nóng ở áp suất và nhiệt độ cao làm phát sinh các phản ứng tiền ngọn lửa và cuối

cùng là hình thành các trung tâm cháy đầu tiên Đường áp suất trong giai đọan chậm

cháy hầu như trùng với đường nén do tốc độ tỏa nhiệt của các phản ứng tiền ngọn

lửa trong giai đoạn này là rất thấp

Lượng nhiên liệu được phun vào buồng đốt trong giai đoạn chậm cháy

gI = (30 ÷ 40) % gct, đôi khi gI = 100% gct ở một số loại động cơ diesel cao tốc

Đây là giai đoạn quan trọng trong quá trình cháy của động cơ diesel Các thông số trong giai đoạn này như: thời điểm phun nhiên liệu, qui luật tạo HHC, thời gian chậm cháy ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng quá trình cháy của các giai đoạn sau, qua đó ảnh hưởng đến chỉ tiêu chất lượng của động cơ

Hình 1-1 Các đồ thị mô tả quá trình cháy ở động cơ disel.

a) Đồ thị công khai triển; b) Quy luật phun nhiên liệu dạng tích phân; c) Quy luật phun nhiên liệu dạng vi phân và hệ số tỏa nhiệt

C f - Thời điểm nhiên liệu bắt đầu được phun vào buồng đốt;

c i - Thời điểm nhiên liệu phát hỏa; z - Thời điểm áp suất cháy đạt cực đại;

z ’ - Thời điểm áp suất cháy bắt đầu giảm;e f - Thời điểm kết thúc quá trình phun nhiên liệu;

e - Thời điểm kết thúc quá trình cháy;φ - Góc chậm cháy; θ - Góc phun sớm nhiên liệu

1.3.1.2 Giai đoạn cháy không điều khiển

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 cùng với nhiên liệu phun vào ở giai đoạn 2 bốc cháy mãnh liệt trong điều kiện nhiệt độ cao và nồng

độ oxy lớn Ngọn lửa từ các trung tâm cháy đầu tiên phát triển ra khắp không gian buồng đốt Tốc độ tỏa nhiệt lớn trong điều kiện thể tích của không gian công tác nhỏ làm cho nhiệt độ và áp suất trong không gian công tác tăng lên mãnh liệt

Các thông số đặc trưng cho giai đoạn cháy không điều khiển, bao gồm: áp suất cháy cực đại (pz), tốc độ tăng áp suất trung bình (wp) và tỷ số tăng áp suất (ψ) với ψ = pz/pc

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 này bắt đầu từ thời điểm áp suất cháy đạt cực đại (điểm z) đến thời điểm áp suất cháy bắt đầu giảm dần (điểm z’) Trong giai đoạn cháy có điều khiển áp suất trong xylanh được duy trì gần như không đổi Hiện tượng trên xảy ra

là do sự tác động đồng thời của hai yếu tố là sự tăng áp suất do nhiên liệu tiếp tục cháy và sự giảm áp suất do thể tích của 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

Vào cuối giai đoạn này, phần lớn nhiên liệu đã cháy hết áp suất và nhiệt độ trong xylanh rất cao, nồng độ oxy giảm, nồng độ khí trơ tăng Nếu quá trình tạo HHC không tốt, thì trong không gian công tác sẽ có những khu vực còn các hạt nhiên liệu chưa hóa hơi và sẽ bị phân hủy thành C và H làm cho khí xả có màu đen

1.3.1.4 Giai đoạn cháy rớt

Cháy rớt là sự cháy diễn ra trên đường nạp khi piston đã rời xa điểm chết trên Trong động cơ diesel sự hòa trộn không đều của hỗn hợp cháy sẽ sinh ra nhiên liệu

và oxy chưa cháy Do đó, sinh 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…

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy ở động cơ diesel

4 Cấu trúc của các tia nhiên liệu, qui luật phun nhiên liệu và qui luật tạo hỗn hợp cháy

1.4 Các loại buồng đốt của động cơ diesel

Cấu hình của buồng đốt trong động cơ diesel là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến diễn biến và chất lượng quá trình tạo HHC và quá trình cháy Do đó, ảnh hưởng đến hàng loạt chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ, như: suất tiêu thụ nhiên liệu, áp suất chỉ thị trung bình, tốc độ tăng áp suất và áp suất cháy cực đại của động cơ, v.v

Các kết cấu của buồng đốt trong động cơ diesel đều hướng đến mục đích cuối cùng là tăng chất lượng quá trình tạo HHC, rút ngắn giai đoạn chậm cháy Để thực hiện được mục đích trên kết cấu của buồng đốt, hệ thống phun nhiên liệu và cơ cấu phân phối khí phải phù hợp để có thể tạo ra được dòng chuyển động rối của không khí phục vụ cho việc hóa hơi nhanh và hòa trộn hơi nhiên liệu với không khí trong buồng đốt một cách nhanh chóng, phù hợp với đặc điểm quá trình cháy và tính năng của động cơ

+ Buồng đốt thống nhất: dạng đĩa nong, dạng ω nong, v.v

+ Buồng đốt khoét lõm sâu đỉnh piston: dạng cầu, dạng ω, dạng lõm sâu, v.v… + Buồng đốt ngăn cách: kiểu xoắn lốc, kiểu dự bị, v.v…

Trong ba loại buồng đốt trên buồng đốt thống nhất và buồng đốt khoét sâu trên đỉnh piston là hai loại được sử dụng trong hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp

1.4.1 Buồng đốt thống nhất

1.4.1.1 Đặc điểm buồng đốt thống nhất

Hình 1-2 Kết cấu một số loại buồng đốt thống nhất

Buồng đốt thống nhất là buồng đốt khi piston ở điểm chết trên giữa đỉnh piston

và nắp xylanh là một không gian thống nhất Trong buồng đốt thống nhất đỉnh piston có thể hơi lõm, phẳng hoặc lồi Nắp xylanh có thể phẳng hoặc lõm

Buồng đốt thống nhất không có dòng xoáy mạnh của không khí, các động cơ trang bị buồng đốt thống nhất có yêu cầu cao về chất lượng phun và sự phối hợp về hình dạng của tia nhiên liệu phù hợp với buồng đốt

Buồng đốt thống nhất có tỷ số Flm/Vc rất nhỏ (với Flm - diện tích thành buồng

đốt, Vc - thể tích tích buồng cháy) nên tổn thất nhiệt nhỏ, hiệu suất cao ứng suất

nhiệt của nắp xylanh và đỉnh piston nhỏ dễ khởi động lạnh Động cơ trang bị buồng

đốt thống nhất thường hoạt động không êm, do áp suất cháy cực đại và tốc độ tăng

áp suất lớn

1.4.1.2 Hình thành hòa khí trong buồng 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 buồng đốt, tia nhiên liệu ma sát với môi chất công tác và bị xé nhỏ do dòng khí

hướng từ ngoài vào trong tia, trường hợp có dòng chuyển động xoáy trong buồng

đốt dòng khí sẽ từ phía sườn của tia nhiên liệu thổi vào, góp phần làm tăng chất

lượng HHC Nhưng nếu cường độ dòng khí cháy quá lớn có thể ảnh hưởng không

tốt 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 (L - hành trình của tia phun trong giai

đoạn cháy trễ, S - khoảng cách từ lổ phun đến thành buồng đốt), đối với trường hợp

không có dòng khí xoáy thì L/S = 0.85 , nếu có dòng khí xoáy trong buồng đốt thì

L/S=1.05 để có thể thỏa mãng các yêu cầu về độ xuyên sâu;

khoảng 150o, piston đỉnh bằng vào khoảng 140o

1.4.2 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 (buồng đốt nửa thống nhất): có đặc điểm

tương tự như buồng đốt thống nhất, nhưng buồng đốt loại này có diện tích chèn khí

khá lớn giữa đỉnh piston và nắp xylanh, phần khoét lõm đỉnh piston khá sâu theo nhiều hình dạng, như: dạng cầu, dạng ω, hình thang hoặc bán cầu

Yêu cầu của hệ thống nhiên liệu trang bị cho buồng đốt khoét lõm sâu đỉnh piston không cao như hệ thống nhiên liệu trang bị cho buồng đốt thống nhất, do trong loại buồng đốt này tạo được dòng khí xoáy đủ mạnh nên nâng cao được chất lượng hòa trộn nhiên liệu Do đó, nếu chất lượng phun thấp hơn buồng đốt thống nhất thì vẫn bảo đảm chất lượng hòa trộn nhiên liệu

1.4.3 Buồng đốt xoáy lốc

1.4.3.1 Đặc điểm buồng đốt xoáy lốc

Buồng đốt xoáy lốc được ngăn thành hai phần: buồng xoáy lốc và buồng đốt chính, hai phần này nối với nhau bằng một đường thông lớn Hình dạng của buồng xoáy lốc rất khác nhau, như: hình cầu, hình đáy phẳng và hình chuông Buồng đốt chính cũng có nhiều dạng khác nhau phụ thuộc vào hình dạng đỉnh piston, được thiết kế để có thể tạo ra dòng xoáy lốc mạnh bên trong Đường thông thường đặt

xoáy lốc, hình dạng đường thông cần bảo đảm cho dòng xoáy bao trùm toàn bộ không gian công tác Nhiên liệu được phun vào buồng xoáy lốc và tia nhiên liệu có hướng lệch tâm theo chiều dòng khí xoáy trong buồng xoáy lốc

Hình 1-4 Kết 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 dạng khác nhau của buồng đốt chính

Buồng đốt xoáy lốc có dòng xoáy mạnh của không khí trong buồng xoáy lốc

và trong buồng đốt chính Do đó, động cơ dùng buồng đốt xoáy lốc không yêu cầu cao đối với hệ thống nhiên liệu, vòi phun trong buồng đốt xoáy lốc thường là vòi phun một lỗ Quá trình cháy trong buồng đốt xoáy lốc thường kéo dài, số màng lửa

xuất hiện dầu tiên ít nhờ đó giảm được tốc độ cháy, tốc độ tăng áp khí cháy, tiếng

Nhược điểm của buồng đốt xoáy lốc: do tốc độ dòng khí qua rãnh thông lớn và

diện tích buồng cháy lớn Do đó, gây ra ứng suất nhiệt trong nắp xylanh và đỉnh

piston, đồng thời làm tăng truyền nhiệt cho môi chất làm mát nên động cơ sử dụng

buồng đốt xoáy lốc có hiệu suất kém, khó khởi động lạnh

1.4.3.2 Quá trình hình thành hòa khí trong buồng đốt xoáy lốc

Trong hành trình nén môi chất từ buồng cháy chính bị đẩy vào buồng xoáy lốc

và tạo ra ở đây một dòng xoáy nén mạnh Nhiên liệu được phun vào cùng hướng

với dòng xoáy lốc Các hạt nhiên liệu nhỏ nhẹ ở vỏ tia bị cuống theo dòng xoáy lốc,

được sấy nóng bay hơi cùng không khí nóng tạo ra hòa khí và bốc cháy ở khu vực

miệng đường thông Màng lửa chuyển động theo quỹ đạo lò xo xoắn cụp vào khu

trung tâm buồng đốt Hòa khí chưa cháy có nồng độ lớn bị đẩy ra xung quanh và

phun vào buồng đốt chính, nhờ vào sự chênh áp giữa buồng xoáy lốc và buồng đốt

chính Hòa khí phun ra buồng đốt chính kết hợp với hình dạng buồng đốt chính tạo

ra dòng xoáy thứ hai, thúc đẩy sự hòa trộn hỗn hợp nhiên liệu không khí để hình

thành hòa khí và bốc cháy trong buồng đốt chính

Dòng khí được tạo ra trong quá trình nén có tốc độ lớn, nên hòa khí được hình

thành nhanh Vì vậy, trong trường hợp nhiên liệu phun vào buồng đốt ở thời điểm

rất trễ thì quá trình cháy vẫn kết thúc kiệp thời và động cơ có thể chạy ở tốc độ cao

1.4.4 Buồng đốt dự bị

1.4.4.1 Đặc điểm buồng đốt dự bị

dung tích là Vk và buồng đốt chính, dung tích Vk khá nhỏ chỉ chiếm khoảng

một hoặc một vài lỗ thông nhỏ, tổng diện tích lỗ thông chỉ chiếm khoảng (0.3 ÷0.6)% diện tích đỉnh piston, các lỗ thông thường được đặt nghiêng tiếp tuyến

với thành buồn đốt dự bị

Do chất lượng hình thành hòa khí và đốt cháy nhiên liệu của động cơ dùng

buồng đốt dự bị chủ yếu dựa vào năng lượng của dòng chảy từ buồng dự bị đi ra,

nên có thể hoạt động trong một phạm vi tốc độ rộng mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ và buồng đốt dự bị cũng không yêu cầu cao đối với phẩm chất nhiên liệu cũng như hệ thống nhiên liệu Buồng đốt dự bị có thể cháy với hệ số dư lượng không khí α nhỏ (với α = 1.1 ÷ 1.2) mà chất lượng cháy vẫn tốt Mặt khác, do chế độ nhiệt trong buồng đốt dự bị khá ổn định, nên giảm thời gian cháy trễ, hạn chế tốc độ tăng áp suất nên động cơ hoạt động êm hơn

Hình 1-6 Kết 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

Nhược điểm của buồng đốt dự bị: hiệu suất động cơ thấp do tổn thất nhiệt qua thành buồng cháy và tổn thất lưu động qua các lỗ thông lớn; khó khởi động lạnh Muốn khắc phục phải tăng tỷ số nén hoặc dùng một số biện pháp khởi động riêng

1.4.4.2 Quá trình hình thành hòa khí trong buồng đốt dự bị

Bản chất hình thành hoà khí trong buồng cháy dự bị như sau: nhiệt lượng do một phần nhỏ nhiên liệu phun vào được bốc cháy trong buồng dự bị tạo nên chênh

áp giữa hai buồng cháy, làm cho nhiên liệu và hoà khí chưa kịp cháy trong buồng

dự bị được phun ra buồng cháy chính với tốc độ rất lớn Nhờ bố trí hợp lý và hình dạng phù hợp của các lỗ thông tạo nên chuyển động rối của các môi chất, nên nhiên liệu và hoà khí chưa cháy được phun vào buồng cháy chính tiếp tục hoà trộn với không khí và kết thúc cháy tại đây

Điểm bắt đầu cháy trong buồng cháy dự bị phải xa lỗ thông, qua đó làm tăng nhanh áp suất ở đây khi cháy và đảm bảo cho dòng chảy phun vào buồng đốt chính

có năng lượng lớn, sớm hòa trộn đều với không khí trong buồng đốt chính Nhiên liệu và hòa khí chưa cháy trong buồng đốt dự bị phải tập trung ở vùng có lỗ thông

để khi nhiên liệu bắt đầu thì phần nhiên liệu này sẽ được phun vào buồng đốt chính trước tiên, làm cho quá trình hòa trộn diễn ra sớm

1.5 Một số hệ thống phun nhiên liệu trên động cơ Diesel

1.5.1 Theo công nghệ phun nhiên liệu truyền thống

1.5.1.1 Đặc điểm công nghệ phun nhiên liệu truyền thống

a Bơm cao áp

Định lượng, định thời và định quy luật phun trong hệ thống nhiên liệu sử dụng công nghệ phun truyền thống do các cơ cấu điều khiển kiểu cơ khí, thủy lực hay điện từ bên trong bơm cao áp thực hiện

b Vòi phun

Các hệ thống phun nhiên liệu truyền thống, được trang bị vòi phun cơ khí Dùng áp suất nhiên liệu trong bơm cao áp để nâng kim của vòi phun cấp nhiên liệu cho buồng đốt

1.5.1.2 Một số hệ thống nhiên liệu điển hình dùng công nghệ phun nhiên liệu truyền thống

a Hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp PF

Trong hệ thống này mỗi bơm cao áp PF riêng biệt cung cấp nhiên liệu cho một xylanh động cơ Bơm cao áp không có trục cam, mà bơm dẫn động nhờ vào trục cam của động cơ

Bộ phận chính của bơm cao áp PF gồm một cặp siêu chính xác piston-xylanh bơm cao áp, trên piston có xẻ rãnh Định lượng nhiên liệu được thực bằng cách thay

đổi hành trình có ích của piston, hành trình có ích của piston thay đổi khi ta điều chỉnh thanh răng nhiên liệu để xoay piston bơm, làm thay đổi thời điểm rãnh chéo trên piston mở lỗ xả thông nhiên liệu với ống nạp Bơm PF không thể tự điều chỉnh thời điểm phun, việc điều chỉnh này được thực hiện nhờ vào các cơ cấu lắp trên trục cam của động cơ và quy luật phun nhiên liệu do biên dạng cam qui định

Bơm cao áp loại này được chế tạo bởi nhiều quốc gia và có ký hiệu riêng, ở nước Mỹ ký hiệu APF, nước Anh thì BPF, Đức là 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

Trong hệ thống nhiên liệu này bơm cao áp là bộ phận quan trọng nhất, bơm thực hiện nhiệm vụ định lượng, định thời cũng như định quy luật phun nhiên liệu Bơm cao áp là một tổ hợp gồm nhiều phần tử bơm (loại bơm PF) lắp trong một vỏ, các phần tử bơm được dẫn động bằng một trục cam nằm trong vỏ bơm và

một 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;

9 - Xylanh bơm; 10 - Piston bơm; 11 - Van triệt hồi; 12 - Lò xo van triệt hồi

Định lượng trong bơm cao áp PE thực hiện thông qua bộ điều tốc cơ khí để điều khiển thanh răng nhiên liệu, làm xoay piston bơm thay đổi lượng nhiên liệu chu trình Định thời của bơm PE thực hiện bằng bộ điều chỉnh gốc phun sớm lắp tại

vị trí nối giữa bánh răng dẫn động trục cam và trục cam nhiên liệu Quy, luật phun nhiên liệu do biên dạng cam nhiên liệu quyết định

c Hệ thống nhiên liệu sử dụng bơm cao áp vòi phun liên hợp

thành một cụm chi tiết gọi là bơm cao áp - vòi phun liên hợp, thực hiện chức năng của ba bộ phận : bơm cao áp, vòi phun và ống cao áp Trong bơm cao áp - vòi phun liên hợp, 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 có ống dẫn nhiên liệu cao áp

9

10 2

18

16 14 15 17

6

4 5

Hình 1-9 Sơ đồ cấu tạo bơm cao áp vòi phun liên hợp của hãng 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 - vòi phun liên hợp được lắp trực tiếp lên nắp xylanh và phun

nhiên liệu vào buồng đốt, mỗi xylanh động cơ được trang bị một bộ bơm cao áp - vòi phun liên hợp, piston bơm được dẫn động nhờ vào hệ thống cam, đệm đẩy, đũa đẩy và cò mổ Định lượng nhiên liệu được thực hiện nhờ vào điều chỉnh thanh răng

nhiên liệu thông qua bộ điều tốc Định thời nhiên liệu và quy luật phun do các bộ điều chỉnh góc phun sớm và biên dạng cam nhiên liệu qui định

Một số loại bơm cao áp - vòi phun liên hợp: bơm cao áp - vòi phun liên hợp của hãng GM, bơm cao áp PT của hãng Cummin có phương pháp dẫn động tương

tự như bơm cao áp vòi phun liên hợp của hãng GM nhưng dùng vòi phun hở, bơm cao áp vòi phun liên hợp của công ty Detroit trang bị cho động cơ series 53,71,92 có kết cấu tương tự như bơm cao áp của hãng GM

d Hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp phân phối

Bơm cao áp trong hệ thống nhiên liệu này là loại bơm phân phối, áp suất cao

do một xylanh bơm với hai piston tự do dẫn động bằng cam trong Nhiên liệu cao

áp được phân phối nhờ vào rôto quay

Hình 1-10 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu 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 này được định lượng nhờ vào van phân lượng, bộ điều tốc thủy lực sẽ điều khiển van này làm thay đổi lưu lượng nhiên liệu cấp cho piston tăng áp, thay đổi lượng nhiên liệu chu trình Định thời của hệ thống được thực hiện nhờ vào bộ điều chỉnh góc phun sớm, bộ phận này được bố trí phía trước bơm và tác động trực tiếp lên vòng cam Qui luật phun được quy định bởi biên dạng cam dẫn động piston tăng áp

Các loại bơm cao áp khiểu phân phối, như: bơm cao áp C.A.V của Mỹ dùng cho động cơ: Perkin 6-354, Ford Hercules, Berlier, BMC, Renault, Austin Bơm cao

áp D.P.A, bơm cao áp VP của hãng Bosch, v.v

e Hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp thế hệ mới điều khiển điện tử

Trong hệ thống nhiên liệu này bơm cao áp điều khiển điện tử có kết cấu các bộ phận cơ bản tương tự như bơm cao áp thế hệ trước.Tuy nhiên, các cơ cấu điều chỉnh định thời, định lượng và quy luật phun đều là các cơ cấu điện tử và chiệu sự điều khiển của ECM

Ví dụ: bơm cao áp PE thế hệ mới

Hình 1-11 Sơ đồ kết cấu bơm cao áp PE thế hệ mới điều khiển điện tử.

1- Xylanh bơm; 2-Khâu phân lượng; 3-Thanh răng; 4-Piston bơm; 5-Trục cam bơm; 6- Solenoid điều khiển khâu phân lượng; 7- Cần điều khiển khâu phân lượng; 8- Solenoid điều khiển thanh răng; 9- Bộ cảm biến vị trí thanh răng; 10- Rắc nối dây;

11- Bộ cảm biến vận tốc trục cam

Các phần tử bơm và thanh điều chỉnh tương tự như bơm kiểu củ, nhưng bộ điều tốc được thay thế bằng bộ điều tốc điện tử Điều chỉnh định thời được thực hiện bởi bộ điều chỉnh khâu phân lượng điện tử, bộ phận này có nhiệm vụ làm thay đổi thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu

Trung tâm điều khiển hệ thống là ECM, bộ phận này có nhiệm vụ thu nhận thông tin về các chế độ làm việc khác nhau của động cơ, như: vị trí thanh răng, tốc

độ động cơ, vị trí chân ga, nhiệt độ nhiên liệu, tình hình khí nạp,…, sau đó so sánh các thông số chuẩn trong bộ nhớ, đưa ra các quyết định thực hiện thích hợp với chế

độ hoạt động của động cơ tới các bộ phận chấp hành: khâu phân lượng và bộ điều tốc của bơm cao áp

1.5.2 Theo công nghệ phun nhiên liệu hiện đại

1.5.2.1 Đặc điểm công nghệ phun nhiên liệu hiện đại

Thực chất công nghệ này là phun nhiên liệu điều khiển bằng điện tử

Việc định lượng, định thời và định quy luật phun nhiên liệu được đảm nhận bởi các thiết bị điều khiển điện tử, mà thành phần quan trọng nhất là bộ điều khiển trung tâm động cơ (ECM)

ECM có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu từ các cảm biến thông số môi trường xung quanh và chế độ làm việc của động cơ Đối chiếu thông tin đã nhận với các dữ liệu trong bộ nhớ, để điều khiển cho các bộ phận chấp hành

Bơm cao áp có nhiệm vụ nén nhiên liệu đến áp suất cao cung cấp cho ống tích lũy nhiên liệu (Rail), nhiên liệu áp suất cao sẽ được đưa đến vòi phun điều khiển điện tử, ECM thực hiện nhiệm vụ điều khiển bằng cách đóng mở vòi phun và điều chỉnh áp suất nhiên liệu tại ống phân phối

Các hệ thống sử dụng công nghệ phun nhiên liệu hiện đại như: HDI, Common rail Riêng đối với hệ thống nhiên liệu “Common rail” sẽ được nghiên cứu ở các chương tiếp theo

1.6 Ra đời của hệ thống nhiên liệu Common rail

Hệ thống nhiên liệu Common rail ra đời dựa trên nghiên cứu của các nhà chế tạo động cơ về nhược điểm của những hệ thống nhiên liệu cũ và biện pháp để giải quyết chúng Đồng thời, thành tựu của các ngành khoa học hiện đại đặc biệt là công nghệ thông tin và công nghệ vật liệu mới là những công cụ quan trọng xây dựng nên hệ thống

1.6.1 Những nhược điểm của hệ thống nhiên liệu truyền thống

Dựa cơ sở lý thuyết trong quá trình hoạt động của động cơ sử dụng nhiên liệu Diesel và kết cấu của một số hệ thống nhiên liệu truyền thống, cho thấy các nhược điểm của công nghệ phun nhiên liệu truyền thống:

- Đối với vòi phun

Dùng áp suất nhiên liệu trong bơm cao áp nâng kim của vòi phun để cấp nhiên liệu cho buồng đốt (có áp suất mở vòi phun ít thay đổi - đối với vòi phun kín tiêu chuẩn dùng cho các buồng đốt thống nhất áp suất mở vòi phun vào khoảng 15 ÷ 60 MPa)

- Đối với bơm cao áp

Kết hợp với vòi phun của hệ thống nhiên liệu truyền thống, bơm cao áp tạo áp suất nhiên liệu tức thời nên áp suất nhiên liệu trong quá trình phun sẽ bị thay đổi làm giảm độ đồng đều của hạt nhiên liệu trong quá trình phun, đồng thời áp suất phun trung bình khó đạt được giá trị cao nên thời gian phun bị giới hạn không thể rút ngắn Mục đích của việc rút ngắn thời gian phun là tăng lượng nhiên liệu phun vào xylanh ở giai đoạn cháy trễ, để tăng tốc độ tăng áp suất ở thời kỳ cháy nhanh, nâng cao công suất và hiệu suất của động cơ Tuy nhiên nó sẽ làm cho động cơ hoạt động thô bạo

Theo lý thuyết (của tài liệu 1 trang 171) quy luật phun hợp lý nhất “là lúc bắt đầu phun cần có tốc độ phun nhỏ, áp suất phun thấp để giảm lượng nhiên liệu phun vào xylanh trong giai đoạn cháy trễ Ở giai đoạn giữa và cuối cần tăng tốc độ phun và

áp suất phun làm tăng lượng nhiên liệu phun vào xylanh” Trong công nghệ phun nhiên liệu truyền thống, quy luật phun nhiên liệu vào buồng đốt của động cơ là do cơ cấu cam trong bơm cao áp thực hiện, nên không thể thực hiện được theo lý thuyết trên Đối với các hệ thống phun nhiên liệu trang bị bơm cao áp kiểu cơ khí hay thủy lực các cơ cấu điều khiển phun hoạt động dựa vào hai thồng số chính là tốc độ động

cơ và vị trí bàn đạp chân ga, do đó chất lượng quá trình phun chưa tối ưu Ngoài ra, các sai lệch trong các mối ghép cơ khí sẽ làm ảnh hưởng đến quá trình điều khiển của các cơ cấu điều khiển quá trình phun nhiên liệu

Áp suất nhiên liệu do bơm cao áp tạo ra bị phụ thuộc vào tốc độ động cơ, khi tốc độ động cơ thay đổi sẽ làm thay đổi tốc độ nén nhiên liệu của piston bơm cao áp nên thay đổi áp suất phun nhiên liệu, ở tốc độ thấp áp suất phun sẽ thấp làm giảm độ phun sương của nhiên liệu, do đó ảnh hưởng đến chất lượng quá trình tạo HHC và quá trình cháy của động cơ, qua đó ảnh hưởng đến hàng loạt các chỉ tiêu kỹ thuật của động cơ ở tốc độ thấp

Tóm lại, những khuyết điểm trên làm cho động cơ không phát huy hết công suất tối đa, đồng thời hàm lượng các chất độc hại trong khí xả cao do nhiên liệu cháy không hết và tốc độ tăng áp suất lớn sẽ tạo ra Nox

1.6.2 Những đặc điểm mới của hệ thống nhiên liệu Common rail

Hệ thống nhiên liệu Common rail có các đặc điểm:

- Vòi phun: hệ thống dùng vòi phun điện tử, việc đóng mở vòi phun được thực hiện bằng dòng điện từ hệ thống điều khiển nên không phụ thuộc vào áp suất phun

và rút ngắn thời gian phun

- Bơm cao áp: thực hiện nhiệm vụ nén nhiên liệu rồi chuyển đến ống phân phối nên nhiên liệu có thể được nén đến áp suất rất cao và duy trì liên tục mà không phụ thuộc vào tốc độ động cơ Do đó, áp suất phun được nâng cao và ổn định trong quá trình phun

- ECM thực hiện nhiệm vụ điều khiển quá trình phun nhiên liệu dựa vào các thông số từ môi trường và chế độ làm việc của động cơ, nên hệ thống sẽ tối ưu hóa trong quá trình tính toán và điều khiển hệ thống

- Hệ thống Common rail thực hiện quy luật phun hai giai đoạn: giai đoạn phun mồi vào xylanh trước điểm chết trên với góc phun lớn, lượng nhiên liệu phun ít nên

áp suất sẽ không tăng đột ngột, sau khi nhiên liệu mồi phát hỏa sẽ thực hiện giai đoạn phun chính, lượng nhiên liệu trong giai đoạn này sẽ cháy nhanh, do điều kiện thuận lợi của nhiên liệu cháy trong giai đoạn phun mồi tạo ra, vì vậy thời gian chậm cháy được rút ngắn, tăng chất lượng quá trình cháy, tăng công suất, hiệu suất và động cơ hoạt động êm hơn, đồng thời làm giảm các thành phần độc hại trong khí xả

công suất, hiệu suất và giảm các thành phần độc hại trong khí thải của động cơ so với các động cơ dùng công nghệ phun nhiên liệu truyền thống

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

ÔTÔ ISUZU D-MAX VÀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL

2.1 ÔTÔ ISUZU D-MAX

2.1.1 Đặc điểm của ISUZU D-MAX

ISUZU D-max là loại ôtô bán tải được sản xuất bởi công ty ISUZU – Nhật Bản Trên thế giới hiện nay có nhiều loại ôtô ISUZU D-max trong đó có cả loại ôtô dùng xăng Tuy nhiên, ở Việt Nam chỉ có loại ôtô ISUZU D-max dùng dầu diesel Các loại ISUZU D-max tại Việt Nam đời trước 2007, được trang bị động cơ 4JH1-TC, động cơ này sử dụng hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp với bơm cao áp phân phối điều khiển điện tử VP44 của hãng Bosch

cơ, những loại ISUZU D-max đời sau 2007 tại Việt Nam được trang bị động cơ 4JJ1-TC với hệ thống nhiên liệu Common rail dùng công nghệ phun trực tiếp điều khiển điện tử của hãng Denso Hệ thống nhiên liệu này giúp ISUZU D-max tiết kiệm 26% nhiên liệu và tăng công suất 5% so với ISUZU D-max trang bị động cơ 4JH1-TC trước đây, đồng thời thỏa mãn tiêu chuẩn khí thải Euro 2

2.1.2 Các loại ISUZU D-MAX sản suất tại Việt Nam

Tất cả các loại ISUZU D-MAX sản xuất tại Việt Nam đời trước năm 2007 đều trang bị động cơ 4JH1-TC, từ sau 2007 ISZU D-MAX đều được trang bị động cơ 4JJ1-TC

- Loại ISUZU D-MAX S

Được thể hiện trên hình 2-1.a, là lọai ôtô bán tải trang bị hệ thống truyền động với hộp số cơ (MT) và cầu sau chủ động (2WD)

- Loại ISUZU D-MAX LS 2WD

Được thể hiện trên hình 2-1.b, là loại ôtô bán tải cầu sau chủ động, hộp số trang bị trên loại ôtô này có thể là hộp số cơ (MT) hoặc hộp số tự động (AT)

- ISUZU D-MAX STREES CUSTOM 2WD

Được thể hiện trên hình 2-1.c, là loại ôtô bán tải cầu sau chủ động, hộp số trang bị trên loại ôtô này có thể là hộp số cơ (MT) hoặc hộp số tự động (AT)

Hình 2-1 Các loại ISUZU D-MAX S Tại Việt Nam

2.1.3 Đặc tính kỹ thuật của ISUZU D-MAX (TFS - 2007) tại Việt Nam

2.1.3.1 Chủng loại

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

Đặc tính Thông số

Mô men xoắn cực đại

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 và trọng lượng

5190 x 1720 x 1730 - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Dài x rộng x cao

200 - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Khoảng sáng gầm tối

1460 / 1460 - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Khoảng cách bánh xe

5.9 - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Bán kính quay vòng

Gốc dốc lớn nhất xe

vượt được (%)

35.5

1670 - đối với loại ôtô D-MAX S(MT)

1810 - đối với loại ôtô D-MAX LS (MT) và SREET

Đặc tính Thông số

730 - đối với loại ôtô D-MAX S (MT)

690 - đối với loại ôtô D-MAX LS (MT) và SREET

CUSTOM (MT) Trọng tải cho phép

(kg)

680 - đối với loại ôtô D-MAX LS (AT), SREET

CUSTOM (AT) và LS (AT) Dung tích thùng

Hệ thống

Có trang bị - đối với các loại ôtô D-MAX khác

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 Nội thất

Không có - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Tay lái bọc da và

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

phân phối lực phanh

Cửa điều khiển điện

Kính chiếu hậu ngoài

2.1.3.8 Tiện nghi

CD/MP3 - 4 loa đối với loại ôtô D-MAX S(MT)

Đặc tính Thông số

Không trang bị - đối với loại ôtô D-MAX S(MT) Đèn đọc sách báo

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

2.1.4 Tổng quan về động cơ 4JJ1-TC

Tại Việt Nam động cơ 4JJ1-TC được trang bị cho loại ôtô bán tải TFS của hãng ISUZU đời 2007, thay thế cho động cơ 4JH1-TC trang bị cho các đời ôtô trước đó Động cơ 4JJ1-TC ứng dụng những công nghệ mới nhất của động cơ diesel nhằm làm giảm tối đa lượng khí thải độc hại, như: trang bị bốn xupap dẫn động bằng trục cam đôi cho mỗi xylanh động cơ; hệ thống nhiên liệu Common rail dùng công nghệ phun nhiên liệu điều khiển điện tử; bộ tăng áp làm mát khí nạp; van hồi lưu khí xả điều khiển điện tử

2.1.4.1 Phân loại

Hiện nay có nhiều loại động cơ 4JJ1-TC, các loại động cơ này khác nhau về tiêu chuẩn khí xả và hiệu suất Ngoài ra, loại hộp số của ôtô trang bị động cơ 4JJ1-

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:

Bảng 2-1 Bảng 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

-(MT) 4JJ1-TC

(hiệu suất cao)

Euro 3 và

đối với ôtô dùng hộp số tự

động (AT)

Loại động cơ Tiêu chuẩn

khí xả

Công suất cực đại Mômen xoắn cực đại

103kw / 3600 rpm (MT)

280Nm / 1200 ÷ 3400 rpm -

(MT) 4JJ1-TC

(hiệu suất tiêu

chuẩn)

Euro 3

107kw / 3600 rpm (AT)

294Nm / 1400 ÷ 3400 rpm

-(AT) 280Nm / 1200 ÷ 3400 rpm -

(MT) 4JJ1-TC

(hiệu suất tiêu

chuẩn)

Euro 2 hoặc

(AT)

Hình 2-2 Đường đặc tính ngoài của 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 bị cho ôtô ISUZU D-MAX tại Việt Nam

a Các thông số cơ bản

b Các thông số của cơ cấu phân phối khí

Đặc tính Thông số

c Hệ thống làm mát

d Hệ thống bôi trơn

điều khiển bằng điện tử

e Hệ thống khởi động

Động cơ khởi động điện một chiều

2.2 Tổng quan hệ thống nhiên liệu Common rail

Hệ thống nhiên liệu Common rail là hệ thống phun nhiên liệu diesel điều khiển điện tử, đây là công nghệ tiên tiến nhất trang bị cho động cơ diesel, với công nghệ này động cơ diesel thỏa mãng được những yêu cầu mới hiện nay, như:

- Giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ;

- Giảm tiếng ồn;

- Tăng công suất

2.2.1 Đặc điểm

Hệ thống Common rail có một ống phân phối gọi là rail, dùng để chứa dầu diesel

áp suất cao từ bơm cao áp, các vòi phun có van từ điều khiển điện tử để phun dầu áp suất cao từ ống phân phối vào xylanh động cơ Bộ điều khiển trung tâm động cơ có tác dụng điều khiển hệ thống phun (bao gồm: áp suất phun, tốc độ phun, và thời gian phun), thông qua việc điều khiển áp suất dầu ở bơm cao áp và đóng mở các vòi phun

- Hệ thống có chất lượng phun nhiên liệu cao nên thường trang bị cho động cơ buồng đốt thống nhất Buồng đốt thống nhất có hiệu suất cao, suất tiêu hao nhiên liệu thấp, kết hợp với hệ thống nhiên liệu có chất lượng phun cao sẽ làm giảm thành phần độc hại trong khí thải của động cơ, do đó động cơ trang bị hệ thống Common rail đáp ứng được các yêu cầu của động cơ diesel hiện đại