tính toán thiết kế hệ thống nhiên liệu common rail động cơ duratorq 2.4l tdci lắp trên xe ford transit

Đến năm 1927 Robert Bosch phát triển Bơm cao áp Bơmphun Bosch lắp cho động cơ diesel ôtô thương mại và ôtô khách vào năm 1936 Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng được cải tiến, với cá

LỜI NÓI ĐẦU

Ngăy nay trong xu thế hội nhập vă mở cửa của nền kinh tế Việt Nam với nền kinh tế củacâc nước trín thế giới, ngănh công nghiệp sản xuất ôtô cũng đang đứng trước nhiều cơhội cũng như những thâch thức mới Đó lă những cơ hội cải tiến vă phât triển công nghệcho ngang tầm với câc nước trín thế giới nhưng cũng có nhiều thử thâch đặt ra đó lă khảnăng nắm bắt vă tiếp thu công nghệ mới, cải tiến công nghệ cũ lạc hậu

Hiện nay công nghệ ôtô phât triển dựa trín những tiíu chí: tăng công suất, tốc độ,giảm suất tiíu hao nhiín liệu, điện tử hoâ quâ trình điều khiển vă hạn chế mứcthấp nhất thănh phần ô nhiễm trong khí xả động cơ nhằm tạo ra 1 nền côngnghiệp ôtô phât triển vă thđn thiện với môi trường

Với sự phât triển mạnh mẽ của tin học hóa, tự động hóa trong ngănh sản xuất vă câc

sản phẩm ô tô Nhờ sự giúp đỡ của mây tính để cải thiện quâ trình lăm việc của động cơ vẵtô nhằm đạt hiệu quả cao vă chống ô nhiễm môi trường, tối ưu hoâ quâ trình điều khiểndẫn đến kết cấu của động cơ vă ô tô thay đổi rất phức tạp, lăm cho người sử dụng vă cân bộcông nhđn kỹ thuật ngănh ô tô ở nước ta còn nhiều lúng túng vă sai sót, khó khăn trongviệc nắm bắt công nghệ mới năy nín cần có những nghiín cứu cụ thể về hệ thống điện tửtrín động cơ ô tô

Lă một sinh viín của ngănh động lực sắp ra trường, em chọn đề tăi: "Tính toânthiết kế hệ thống nhiín liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.4l" lăm đề tăi tốtnghiệp Em rất mong với đề tăi năy em sẽ củng cố tốt hơn kiến thức của mình để khi ratrường em có thể đóng góp 1 phần văo sự phât triển của ngănh công nghiệp ô tô của nướcnhă

Cuối cùng em xin được gởi lời cảm ơn chđn thănh đến thầy giâo hướng dẫn Trần

Văn Nam đê chỉ bảo em tận tình, giúp em vượt qua những khó khăn vướng mắc trong

khi hoăn thănh đồ ân của mình Bín cạnh đó em cảm ơn câc thầy cô giâo trong khoa cơkhí giao thông đê tạo mọi điều kiện để em hoăn thănh tốt đồ ân tốt nghiệp năy

LÊ QUANG CƯỜNG MỤC LỤC

Lời nói đầu

Mục lục

1 Lịch sử vấn đề và mục đích ý nghĩa đề tài 1

2 Các phương án thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ Duratorq 2.4l 2

2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu và đặc điểm chung của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 2

2.1.1 Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel có những nhiệm vụ sau 2

2.1.2 Yêu cầu của hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel 3

2.1.3 Đặc điểm hình hành hoà khí trong động cơ diesel 3

2.1.3.1 Đặc điểm 3

2.1.3.2 Những đặc trưng của động cơ diesel 3

2.2 Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel sử dụng bơm cao áp Bosch 4

2.2.1 Sơ đồ của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 4

2.2.2 Cấu tạo của bơm cao áp 5

2.2.2.1 Cấu tạo bơm cao áp thẳng hàng 5

2 2.2.2 Cấu tạo bơm cao áp phân phối 6

2.2.3.Các dạng cấu tạo vòi phun trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 8

2.2.4 Bơm chuyển nhiên liệu 9

2.2.4.1 Loại bơm bánh răng 9

2.2.4.2 Loại bơm piston 10

2.2.5 Lọc nhiên liệu 11

2.2.5.1 Lọc nhiên liệu thô 11

2.2.5.2 Lọc nhiên liệu tinh 12

2.2.6 Nhược điểm của hệ thống nhiên liệu Diesel sử dụng bơm Bosch 13

2.2.6.1 Đặc tính tốc độ của bơm cao áp 13

2.2.6.2 Đặc tính phun của hệ thống phun nhiên liệu kiểu cũ 14

2.3 Hệ thống nhiên liệu CommonRail Diesel 15

2.3.1.Nguyên lý hoạt động 16

2.3.2 Các chức năng của hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel 19

3 Các thông số của động cơ Duratorq 2.4l 22

4 Tính toán thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ Duratorq 2.4l 23

4.1 Tính toán hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.4l 23

4.1.1 Tính toán nhiệt 23

4.1.1.1 Thông số động cơ 23

4.1.1.2 Các thông số chọn ban đầu 24

4.1.1.3 Thông số tính toán 24

4.1.1.4 Những thông số chỉ thị 29

4.1.1.5 Các chỉ tiêu có ích 30

4.1.1.6 Kiểm nghiệm kích thước xy lanh 31

4.1.2 Vẽ đồ thị công 31

4.1.2.1 Xác định các điểm trên đường nén với chỉ số đa biến n1 32

4.1.2.2 Xây đựng đường cong áp suất trên đường giãn nở 32

4.2 Xác định các thông số cơ bản của bơm cao áp 34

4.2.1 Thể tích nhiên liệu cung cấp cho một chu trình 34

4.2.2 Đường kính piston bơm cao áp 35

4.3 Xác định các thông số cơ bản của vòi phun 36

4.3.1 Tốc độ phun nhiên liệu lớn nhất trong một chu trình 36

4.3.2 Tổng số tiết diện lưu thông của lỗ phun 36

4.3.3 Tiết diện lưu thông của một lỗ phun 37

4.3.4 Đường kính lổ phun tính toán 37

5 Thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ Duratorq 2.4l 38

5.1 Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống 38

5.1.1 Những đặc tính của hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.4l 39

5.1.2 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ Duratorq 2.4l 40

5.1.3 Đặc tính của hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.4l 40

5.1.4 Ưu điểm của hệ thống nhiên liệu này 41

5.1.5 Đặc tính phun của hệ thống Common Rail 41

5.2 Đặc điểm kết cấu và nguyên lý hoạt động của các cụm chi tiết 43

5.2.1 Thùng nhiên liệu 43

5.2.2 Lọc nhiên liệu 43

5.2.3 Bơm chuyển nhiên liệu 44

5.2.4 Bơm cao áp 45

5.2.4.1 Bơm piston 47

5.2.4.2 Van điều chỉnh áp suất 47

5.2.5 Ống phân phối 48

5.2.6 Kim phun 50

5.2.7 Đường ống dẫn nhiên liệu áp suất cao 52

5.2.8 Van giới hạn áp suất 53

5.3 Thiết kế các hệ thống cảm biến và điều khiển hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel động cơ Duratorq 2.4l 53

5.3.1 Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP) 53

5.3.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp (IAT) 55

5.3.3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (ECT) 56

5.3.4 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 57

5.3.5 Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP) 59

5.3.6 Cảm biến vị trí trục cam (CMP) 61

5.3.7 Cảm biến áp suất nhiên liệu 62

5.4 Thiết kế hệ thống điều khiển điện tử 63

5.4.1 Thiết kế hệ thống xử lý thông tin điều khiển hệ thống nhiên liệu của động cơ 63

5.4.1.1 Giới thiệu sơ đồ tổng quan chức năng điều khiển điện tử 63

5.4.1.2 Hệ thống xử lý 65

5.4.1.3 Hệ thống chấp hành 65

5.4.1.4 Bộ xử lí điều khiển góc phun sớm 65

5.4.1.5 Bộ xử lý 66

5.4.1.6 Bộ xử lý tín hiệu vào 66

5.4.1.7 Bộ vi xử lý 67

5.4.1.8 Bộ kiểm tra hệ thống 68

5.4.1.9 Bộ nhớ đầu ra 68

5.4.1.10 Các chức năng của đầu ra 69

6 Chuẩn đoán hư hỏng và sửa chữa hệ thống nhiên liệu 69

6.1 Khói đen 69

6.2 Khói trắng 71

6.3 Bơm cao áp bị hỏng 71

6.4 Bộ lọc bị tắc, hoặc có nước trong nhiên liệu 72

6.5 Nhiên liệu rò ra lỗ vòi phun 72

6.6 Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel 72

6.6.1 Bảo dưỡng kỹ thuật cấp một 72

6.6.2 Bảo dưỡng kỹ thuật cấp hai 72

6.6.3 Bảo dưỡng kỹ thuật theo mùa 73

6.6.4 Các hư hỏng đối với hệ thống điện tử 73

7 Kết luận 74

Tài liệu tham khảo

1 Lịch sử vấn đề và mục đích ý nghĩa đề tài

Khí thải động cơ Diesel là một trong những thủ phạm gây nên ô nhiễm môi trường.Động cơ diesel hiệu quả kinh tế hơn động cơ xăng, tuy nhiên nó vẫn còn những hạn chếtrong quá trình sử dụng như: Thải khói đen khá lớn khi tăng tốc, tiêu hao nhiên liệu còncao và tiếng ồn lớn, vận hành không êm dịu…

Động cơ Diesel phát triển vào năm 1897 nhờ Rudolf Diesel hoạt động theo nguyên lý

tự cháy Ở gần cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ để hìnhthành hòa khí rồi tự bốc cháy Đến năm 1927 Robert Bosch phát triển Bơm cao áp (Bơmphun Bosch lắp cho động cơ diesel ôtô thương mại và ôtô khách vào năm 1936)

Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng được cải tiến, với các giải pháp kỹ thuật tối

ưu làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu Các nhà sản xuất động

cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháynhằm giới hạn các chất ô nhiễm Tập trung vào giải quyết các vấn đề:

- Tăng tốc độ phun để làm giảm độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiên liệu-không khí

- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp

- Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun đểlàm giảm HC

- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả (ERG: Exhaust Gas Recirculation )

Hiện nay, các nhược điểm của hệ thống nhiên liệu Diesel đã được khắc phục bằngcải tiến các bộ phận như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, cácứng dụng điều khiển tự động nhờ sự phát triển của công nghệ (năm 1986 Bosch đưa vàothị trường việc điều khiển điện tử cho động cơ diesel ) Đó là hệ thống nhiên liệuCommon Rail Diesel

Hệ thống Common Rail Diesel ra đời góp phần cải thiện nhiều cho tính năng động

cơ và tính kinh tế nhiên liệu mà lâu nay người sử dụng cũng như các nhà bảo vệ môitrường mong đợi Nó tạo nên hướng nghiên cứu mới cho các ngành cơ khí động lực, giaothông,… trong nước Hiện nay, hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel được trang bịtrên các dòng xe như Transit, Sprinter,…Những dòng xe này đang được sản xuất và sửdụng rất thông dụng tại Việt Nam và đang mang lại những hiệu quả tích cực cả về tính

kinh tế và khả năng bảo vệ môi trường.

Vì những lý do trên em chọn đề tài "Tính toán thiết kế hệ thống nhiên liệuCommon Rail Diesel động cơ Duratorq 2.4l" để làm đề tài tốt nghiệp

2 Các phương án thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ Duratorq 2.4l

2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu và đặc điểm chung của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

2.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

1 Chứa nhiên liệu dự trữ, đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong một khoảngthời gian quy định

2 Lọc sạch nước và các tạp chất cơ học có lẫn trong nhiên liệu

3 Cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết cho mỗi chu trình ứng với chế độ làm việc quyđịnh của động cơ

4 Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xy lanh theo trình tự làm việc quy định củađộng cơ

5 Cung cấp nhiên liệu vào xy lanh động cơ đúng thời điểm theo một quy luật đã định

6 Phun tơi và phân bố đều nhiên liệu vào thể tích môi chất trong buồng cháy, bằngcách phối hợp chặt chẽ hình dạng kích thước và phương hướng của các tia nhiên liệu vớihình dạng buồng cháy và cường độ vận động của môi chất trong buồng cháy

Diễn biến chu trình công tác của động cơ diesel chủ yếu phụ thuộc vào tình hình hoạtđộng của thiết bị cung cấp nhiên liệu Tốc độ toả nhiệt của nhiên liệu và dạng đườngcong của áp suất môi chất công tác trong quá trình cháy biến thiên theo góc quay trụckhuỷu chủ yếu phụ thuộc vào những yếu tố sau:

- Thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu (tức là góc phun sớm)

- Biến thiên của tốc độ phun (tức là quy luật cấp nhiên liệu )

- Chất lượng phun (thể hiện bằng mức phun nhỏ và đều)

- Sự hoà trộn giữa nhiên liệu với khí nạp trong buồng cháy

Thời gian cung cấp nhiên liệu kéo dài 2045 độ góc quay trục khuỷu (tức là khoảng0,00330,0075 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,150,2 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15MN/m2]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15.Trong đường dẫn nhiên liệu tới vòi phun, trong vòi phun áp suất tăng lên tới mấy chục[s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15MN/m2]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15 Áp suất phun nhiên liệu cao như vậy là nhằm đảm bảo yêu cầu phun nhỏ và

đều, đồng thời nhằm đảm bảo cấp nhiên liệu vào xy lanh động cơ với một tốc độ cầnthiết.

Áp suất phun nhiên liệu nhỏ nhất cần đảm bảo yêu cầu phun nhỏ và đều của nhiênliệu, nó phụ thuộc vào cấu tạo vòi phun và cường độ vận động xoáy lốc của môi chấttrong buồng cháy khi phun nhiên liệu Trên thực tế thường không nhỏ hơn 10[s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15MN/m2]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15 ápsuất phun nhiên liệu lớn nhất thường không vượt quá 4050 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15MN/m2]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15, vì lớn hơn nữa sẽgây ra những khó khăn không cần thiết về mặt công nghệ chế tạo, ảnh hưởng xấu tới tuổithọ của bơm cao áp và vòi phun, mặc dầu về mặt chất lượng phun có được cải thiện chút

ít

2.1.2 Yêu cầu cơ bản của hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

- Bền và có độ tin cậy cao

- Dễ chế tạo, giá thành chế tạo rẻ

- Dễ dàng và thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa

2.1.3 Đặc điểm hình hành hoà khí trong động cơ diesel

2.1.3.1 Đặc điểm

Có hai đặc điểm sau:

- Hoà khí được hình thành bên trong xylanh động cơ với thời gian rất ngắn; tính theogóc quay trục khuỷu, chỉ bằng 1/10 đến 1/20 so với trường hợp của máy xăng; ngoài ranhiên liệu diesel lại khó bay hơi hơn xăng nên phải được phun thật tơi và hoà trộn đềutrong không gian buồng cháy Vì vậy phải tạo điều kiện để nhiên liệu được sấy nóng, bayhơi nhanh và hoà trộn đều với không khí trong buồng cháy nhằm tạo ra hoà khí, mặt khácphải đảm bảo cho nhiệt độ không khí trong buồng cháy tại thời gian phun nhiên liệu đủlớn để hoà khí có thể tự bốc cháy

- Quá trình hình thành hoà khí và quá trình bốc cháy nhiên liệu của động cơ dieselchồng chéo lên nhau Sau khi phun nhiên liệu, trong buồng cháy diễn ra một loạt thay đổi

lý hoá của nhiên liệu, sau đó phần nhiên liệu phun vào trước đã tạo ra hoà khí, tự bốccháy, trong khi nhiên liệu vẫn được phun tiếp, cung cấp cho xylanh của động cơ Nhưvậy sau khi đã cháy một phần, hoà khí vẫn tiếp tục được hình thành, và thành phần hoàkhí thay đổi liên tục trong không gian của quá trình

2.1.3.2 Những đặc trưng của động cơ diesel

Do thời gian hình thành hoà khí bên trong ngắn, làm cho chất lượng hoà trộn rất khóđạt tới mức độ đồng đều, vì vậy động cơ có những đặc trưng sau:

- Trong quá trình nén, bên trong xylanh chỉ là không khí, do đó có thể tăng tỷ số nén

ε , qua đó làm tăng hiệu suất động cơ, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi làm tăng nhiệt độmôi chất giúp hoà khí dễ tự bốc cháy

- Đường nạp chỉ có không khí nén nên không cần để ý đến vấn đề sấy nóng, bay hơicủa nhiên liệu trên đường nạp như máy xăng Có thể dùng đường nạp có kích thước lớn ítgây cản và không cần sấy nóng với cấu tạo đơn giản

- Có thể dùng hoà khí rất nhạt trong buồng cháy (do tính hoà trộn không đều của hoàkhí) nên có thể sử dụng cách điều chỉnh chất (tức chỉ điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp chochu trình mà không điều chỉnh lượng không khí) khi cần thay đổi tải của động cơ

- Động cơ diezen có một mặt bất lợi (do tính chất hoà trộn không đều tạo ra ) là bị hạnchế khả năng giảm α ( tức là không thể sử dụng hết không khí thừa trong buồng cháy đểđốt thêm nhiên liệu ) và khả năng nâng cao tốc độ động cơ ( do tốc độ cháy của hoà khíkhông đều chậm hơn )

Những hạn chế trên đã làm cho công suất lít (công suất đơn vị) của động cơ diesel nhỏhơn so với động cơ xăng

2.2 Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel sử dụng bơm cao áp Bosch

2.2.1 Sơ đồ của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel.

1

2 5

4 6

8 9

13

3

Hình 2-1 Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel.

1- Thùng chứa; 2,5,- Ống nhiên liệu thấp áp; 3- Lọc thô; 4- Bơm chuyển; Lọc tinh; 7,12,13- Ống nhiên liệu hồi; 9- Bơm cao áp; 10- Ống nhiên liệu cao

6-áp; 11 Vòi phun

Trên hình 2-1 giới thiệu sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel Bơm chuyểnnhiên liệu 4 hút nhiên liệu từ thùng chứa 1 qua bình lọc thô 3 để cung cấp nhiên liệu quabầu lọc tinh 6 tới bơm cao áp 9 Ở đây, bơm cao áp tiếp tục đưa nhiên liệu lên vòi phun,với áp suất cao để phun vào buồng cháy hỗn hợp với không khí từ bên ngoài qua bìnhlọc, ống nạp, tạo thành hoà khí và tự cháy, do không khí nén có nhiệt độ cao Hoà khícháy giãn nở tác dụng vào piston, qua thanh truyền, làm quay trục khuỷu sinh công Khícháy sau khi đã làm việc, được đi ra khỏi xy lanh bằng ống xả và ống tiêu âm như hệthống nhiên liệu của động cơ xăng Nhiên liệu rò qua khe hở thân kim phun của vòi phun

và các tổ bơm theo ống nhiên liệu hồi 7, 12, 13 trở về thùng chứa

2.2.2 Cấu tạo của bơm cao áp

2.2.2.1 Cấu tạo bơm cao áp thẳng hàng

Hình 2-2 Bơm cao áp thẳng hàng

1- Bulông xả khí; 2- Vít hãm; 3- Đầu nối ống nhiên liệu đến vòi phun; 4- Đầu nối ốngnhiên liệu vào bơm; 5- Vỏ bộ hạn chế nhiên liệu; 6- Khớp nối của trục cam; 7- Đĩa chắndầu; 8- Trục bơm; 9- Ổ bi; 10- Vỏ bộ điều tốc; 11- Lò xo van cao áp; 12- Van cao áp; 13-Xilanh bơm cao áp; 14- Lỗ xả; 15- Piston bơm cao áp; 16- Vít; 17- Ống xoay; 18- Đĩatrên; 19- Lò xo bơm cao áp; 20- Đĩa dưới; 21- Bulông điều chỉnh; 22- Con đội; 23- Con

lăn; 24: Cam

Nguyên lý hoạt động: Piston đi xuống nhờ lực đẩy lò xo 19, van cao áp 12 đóngkín, nhờ độ chân không được tạo ra trong không gian phía trên piston, khi mở các lỗ A,

B nhiên liệu được nạp đầy vào không gian này cho tới khi piston nằm ở vị trí thấp nhất.Piston đi lên nhờ cam 24, lúc đầu nhiên liệu bị đẩy qua các lỗ A, B ra ngoài; khi đỉnhpiston che kín hai lỗ A, B thì nhiên liệu ở không gian ở phía trên piston 15 tăng áp suất,đẩy mở van cao áp 12, nhiên liệu đi vào đường cao áp tới vòi phun Quá trình cấp nhiênliệu được tiếp diễn tới khi rãnh nghiêng trên đầu piston mở lỗ xả B thời điểm kết thúc cấpnhiên liệu, từ lúc ấy nhiên liệu từ không gian phía trên piston qua rãnh dọc thoát qua lỗ B

ra ngoài khiến áp suất trong xilanh giảm đột ngột, van cao áp được đóng lại Hình 2-2giới thiệu kết cấu của bơm cao áp thẳng hàng

2.2.2.2 Cấu tạo bơm cao áp phân phối.

Hình 2-3 giới thiệu kết cấu bơm cao áp phân phối

Hình 2-3 Bơm cao áp phân phối1- Bạc xả; 2- Thiết bị điều chỉnh thời gian phun; 3- Vành cam; 4- Con lăn; 5- Đĩatruyền động; 6- Trục vào; 7- Bánh răng bơm chuyển; 8- Trục bộ điều tốc; 9- Bánh răng

bộ điều tốc; 10- Quả văn ; 11- Đòn điều chỉnh; 12- Lò xo điều tốc; 13- Màng chân không;14- Ống nối đường nạp; 15- Lò xo màng điều chỉnh chân không; 16- Đường ống hồi dầu;17- Vít điều chỉnh; 18- Đòn áp lực; 19- Van điện từ ; 20- Piston; 21- Van cao áp; 22-Đầu nối với vòi phun

Nguyên lý hoạt động: Dẫn động xoay piston 20 được trục bơm 6 dẫn động, còn

dẫn động định tiến do vành cam 3 trên trục bơm 6 dẫn động Trên sườn piston có các lỗthoát B, khi piston xoay lỗ thoát này sẽ lần lượt ăn thông với các lỗ khoan chéo A trênđầu bơm Trong hành trình công tác nhiên liệu nén và phân phối lần lượt qua các lỗkhoan chéo A, khi đó áp suất nhiên liệu nén đi qua van cao áp 21 rồi đi đến vòi phunnhiên liệu của xylanh tương ứng Trên bơm còn có bơm chuyển nhiên liệu kiểu phiến gạtđược nâng lên một áp suất ổn định, quả văng 10 thông qua quan hệ tay đòn, quả văng tácđộng vào bạc xả 1 qua đó làm thay đổi thời điểm mở lỗ xả và thực hiện việc điều chỉnhlượng nhiên liệu cung cấp theo chế độ làm việc của động cơ

Loại bơm này có kết cấu đơn giản hơn so với bơm cao áp thẳng hàng cho nên được

sử dụng rộng rải hơn, nhưng loại bơm cao áp sử dụng trong hệ thống nhiên liệu CommonRail kết cấu đơn giản hơn ta khảo sát sau

2.2.3.Các dạng cấu tạo vòi phun trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

Hình 2-4 Cấu tạo vòi phun.

a) Vòi phun hở; b) Vòi phun kín tiêu chuẩn; c) Vòi phun kín loại van lỗ phun; d) Cóchốt trên đầu kim; e) Phần đầu của vòi phun có chốt trên kim; 1- Thân; 2, 7- Ê cutròng; 3- Miệng phun; 4- Lỗ phun; 5- Đế kim; 6, 22- Kim; 8- Chốt; 9- Đũa đẩy;10- Đĩa lò xo; 11- Lò xo; 12- Cốc

Vòi phun thường được lắp trên nắp hoặc trên sườn (trường hợp động cơ piston đối đỉnh)

xi lanh động cơ Công dụng chính của vòi phun là phun tơi và phân bố đều nhiên liệu vào thểtích buồng cháy của động cơ

Trên động cơ Diesel sử dụng hai loại vòi phun là: Vòi phun hở và vòi phun kín Vòiphun kín tức là loại vòi phun có van ngăn cách không gian trong vòi phun với không giantrong buồng cháy động cơ

Vòi phun kín được chia làm 4 loại:

+ Vòi phun kín tiêu chuẩn

+ Vòi phun kín loại van

+ Vòi phun kín có chốt trên kim phun

+ Vòi phun kín loại van lỗ phun

Vòi phun hở: Là loại vòi phun không có van ngăn cách không gian trong vòi phun vớikhông gian trong buồng cháy động cơ do đó có các nhược điểm sau:

- Trong khoảng thời gian giữa các lần phun, một phần nhiên liệu trong vòi phun bịchèn ép nhỏ giọt vào xy lanh, đồng thời khí thể trong xy lanh cũng đi vào chiếm đầykhông gian bị chèn ép đó

- Thời gian đầu và thời gian cuối của quá trình phun, chất lượng phun rất kém vì lúc

ấy áp suất nhiên liệu trong vòi phun rất thấp

- Sau mỗi lần phun vẫn còn nhiên liệu tiếp tục nhỏ giọt qua lỗ phun gây kết cốc đầuvòi phun

- Do không có van ngăn khí thể từ xy lanh vào đường nhiên liệu cao áp nên nhiều khiphần khí thể ấy sẽ gây trở ngại cho quá trình cấp nhiên liệu vào xy lanh động cơ

Khắc phục được nhược điểm trên, nên vòi phun kín làm cho chất lượng phun nhiênliệu tốt, tăng chỉ tiêu công suất và hiệu suất của động cơ đồng thời làm giảm hiện tượngkết muội than trên vòi phun và xy lanh động cơ

Nguyên lý hoạt động vòi phun kín: Nhiên liệu cao áp được bơm cao áp đưa qua lướilọc 17, qua các đường 19 trong thân kim phun tới không gian bên trên mặt côn tựa củavan kim Lực do áp suất nhiên liệu cao áp tạo ra tác dụng lên diện tích hình vành khăncủa van kim chống lại lực ép của lò xo Khi lực của áp suất nhiên liệu lớn hơn lực ép của

lò xo thì van kim bị đẩy bật lên mở đường thông cho nhiên liệu tới lỗ phun Áp suấtnhiên liệu làm cho van kim bắt đầu mở được gọi là áp suất bắt đầu phun nhiên liệu.

2.2.4 Bơm chuyển nhiên liệu

Bơm chuyển nhiên liệu được đặt giữa thùng chứa nhiên liệu và bơm cao áp Nhiệm

vụ chính của bơm chuyển nhiên liệu là cung cấp nhiên liệu với một áp suất suất dư nhấtđịnh, để khắc phục sức cản của các bình lọc và để tạo điều kiện nạp như nhau cho các tổbơm

Bơm chuyển nhiên liệu đặt ở gần bơm cao áp, do trục cam của bơm cao áp dẫn động

và thường dùng ba loại: bơm piston, bơm bánh răng và bơm cánh gạt

2.2.4.1 Loại bơm bánh răng

Hình 2-5 Kết cấu bơm bánh răng

1-Bánh răng bị động 2- Bánh răng chủ động

3- Đường dầu áp suất thấp 4- Van an toàn

5- Vít điều chỉnh 6- Vỏ bơm

7- Đường dầu áp suất thấp

Nguyên lý làm việc và kết cấu của bơm bánh răng rất đơn giản nó gồm có hai bánhrăng (số răng thường ít hơn 17) được dẩn động theo chiều nhất định Bánh răng chủ động 2lắp trên trục vào của bơm phân phối ăn khớp với bánh răng bị động 1 Khi bánh răng 2quay thì kéo theo bánh răng 1 quay theo chiều ngược lại, dầu từ đường dầu áp suất thấp 7

được hai bánh răng guồng sang đường dầu áp suất cao 3 theo chiều mũi tên Van an toàn 4dùng để xã dầu khi có hiện tượng tắc nghẽn đường ống thì áp suất dầu vượt quá giới hạncho phép, dầu đẩy van mở ra để chảy về đường dầu áp suất thấp Điều chỉnh áp suất củadầu bằng vít điều chỉnh 5.

2.2.4.2 Loại bơm piston

Khi trục bơm quay bánh cam đẩy con đội lên, làm cho pittông dịch chuyển về phíabuồng hút, tạo ra độ chân không ở buồng đẩy Các lò xo bị nén lại, nhiên liệu chảy từbuồng hút ra, qua van đẩy và theo rãnh chảy vào buồng đẩy

Hình 2-6 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bơm thấp áp kiểu piston

a, Hành trình hút; b, Hành trình đẩy

1-Cam; 2- Con lăn; 3-Thân con đội; 4,7,9,11-Lò xo; 5-Cần kéo; 6-Van nạp;

8-Rãnh thoát; 10-Piston; 12-Van đẩy; 13-Bơm tay; A-Từ lọc thô đến; B-Đến

bầu lọc tinh

- Hành trình làm việc:

Piston 10 được dẫn động từ trục cam của bơm cao áp thông qua con đội 3 và cần kéo5; vận động ngược lại của piston là do lò xo 9 điều khiển Khi piston dich chuyển theolực tác dụng của lò xo (hình 2-6) Nhiên liệu đi di qua van nạp 6 đi vào không gian chứa

lò xo của bơm, lúc ấy trong không gian phía dưới piston 10, nhiên liệu được bơm vàođường ống dẫn đến bình lọc Khi piston dich chuyển theo lực đẩy trên con đội thông quacần kéo 5 thì nhiên liệu từ không gian chứa lò xo chỉ có một phần đi qua phía không gian

dưới piston 10 Vì không gian phía dưới piston 10 có cần 5 nên không chứa hết nhiên liệucủa không gian chứa lò xo đẩy ra, nhiên liệu dôi ra sẽ di tới bình lọc.

2.2.5 Lọc nhiên liệu

Bình lọc nhiên liệu dùng trong động cơ diesel là sản phẩm đã được tiêu chuẩn hóa.Khi thiết kế hệ thống nhiên liệu phải chọn khả năng thông qua của bình lọc bằng khoảnghai lần nhiên liệu đi qua bình lọc Bình lọc thô và tinh được lắp nối tiếp (bình lọc thô -bơm chuyển nhiên liệu - bình lọc tinh - bơm cao áp) Lõi lọc là sợi vải, giấy, da hoặc vậtliệu hấp thụ Phải thường xuyên rửa hoặc thay lõi lọc

Áp suất chênh lệch trước và sau bình lọc không được vượt qua giới hạn quy định,giới hạn đó phụ thuộc vào cấu tạo bình lọc và lượng nhiên liệu đi qua đảm bảo cho nhiênliệu được lọc sạch, tối thiểu được lọc ba lần, lưới lọc ở miệng hút, lọc thô và lọc tinh; đặcbiệt nhiên liệu quay trở về được lọc lại nhiều lần, đôi khi ngay trước khi nhiên liệu vàovòi phun còn có thêm một lưới lọc cao áp

2.2.5.1 Lọc nhiên liệu thô

8

2 9

Hình 2-7 Kết cấu bầu lọc thô1- Đường nhiên liệu vào,2-Tấm lọc hình tròn, 3-Tấm lọc hình sao, 4-Vỏ bầu lọc,5-Đĩa đỡ, 6-Đệm làm kín, 7-Bulông, 8-Đường nhiên liệu ra, 9-Trục bầu lọc, 10-

Ốc xả cặn

Lõi lọc thô là một chồng phiến kim loại mỏng, phiến tròn và phiến hình sao xếp xen

kẽ nhau (phiến tròn dày 0,15 mm, xung quanh có 6 lỗ ô van; phiến hình sao dày 0,07mm) tạo ra các khe hở 0,07 mm, nhiên liệu lọc đi qua các khe hở này, chiều cao lõilọc phụ thuộc lượng nhiên liệu đi qua

2.2.5.2 Lọc nhiên liệu tinh

Hình 2-8 Kết cấu bầu lọc tinh1- Vỏ bầu lọc, 2- Ống dẫn, 3- Lưới lọc, 4- Bulông, 5- Đai ốc, 6- Nắp lọc, 7- Đầu nối,

8,9- Phiến lọc, 10- Cốc lọc, 11- Lò xo tỳ, 12- Ốc xả cặnLõi lọc gồm có lưới kim loại, bao lụa và, phiến lọc làm bằng sợi bông Tám phiến lọclàm bằng sợi bông mịn hơn Các phiến lọc (mỏng và dày) đặt xen kẽ nhau và đều lồng rangoài lưới kim loại và bao lụa Trên nắp có lắp đường ống nhiên liệu vào bầu lọc và rakhỏi bầu lọc, lắp vít xả khí, phía dưới nắp có ống để chứa nhiên liệu đã được lọc sạch,mặt khác ống còn ngăn không cho không khí dưới đáy lọc lọt vào không gian dẫn nhiênliệu ra

2.2.6 Nhược điểm của hệ thống nhiên liệu Diesel sử dụng bơm Bosch:

Nhược điểm của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel cổ điển đó là các bộ phận, cụmchi tiết của hệ thống được dẫn động bằng cơ khí nên có độ trễ nhất định vì vậy làm việckhông thích hợp với sự thay đổi tải của động cơ Làm thải khói đen khá lớn khi tăng tốc,tiêu hao nhiên liệu còn cao và tiếng ồn lớn…

2.2.6.1 Đặc tính tốc độ của bơm cao áp

Tại một vị trí của thanh răng bơm cao áp, biến thiên lượng nhiên liệu cấp cho chutrình gct (lượng nhiên liệu của một hành trình bơm) theo tốc độ trục khuỷu n của bơmBosch được gọi là đặc tính cung cấp của bơm Hành trình có ích ha của bơm cao áp đượcxác định theo kích thước hình học của piston và xylanh bơm

Trên thực tế nhiên liệu đi qua lỗ thoát, do có tổn thất lưu động nên thời gian đầucủa quá trình cung cấp, áp suất nhiên liệu bên trong xylanh sẽ tăng lên sớm hơn so vớithời điểm đóng kín lỗ thoát theo kích thước hình học Tương tự như trên thời điểm kếtthúc cấp nhiên liệu thực tế không xảy ra cùng thời điểm mở lỗ thông do gờ rãnh nghiêngphía dưới thực hiện mà thường muộn hơn

200 160 120 80 40

A B C gct

n (vg/ph)

Hình 2-9 Đặc tính tốc độ bơm Bosch

Vì vậy hành trình cấp nhiên liệu thực tế thường lớn hơn so với hành trình có ích lýthuyết làm cho lượng nhiên liệu thực tế cấp cho chu trình thường lớn hơn giá trị địnhlượng lý thuyết Hiệu ứng kể trên càng lớn nếu tốc độ động cơ càng cao Các đặc tính A,

B, C của bơm Bosch (hình 3-5) tương ứng với ba vị trí khác nhau của thanh răng bơmcao áp, biến thiên của ba đặc tính ấy có xu hướng tương tự, tức là càng tăng tốc độ n (khigiữ không đổi vị trí thanh răng) càng làm tăng lượng nhiên liệu chu trình gct

Đặc tính cung cấp của bơm cao áp (bơm Bosch) trái ngược với đặc tính về thayđổi hệ số nạp vcủa động cơ khi tăng tốc độ n (càng tăng n hệ số nạp vcàng giảm).Tốc độ gây ảnh hưởng lớn nhất tới v Khi tăng n sẽ làm tăng tốc độ môi chất đi quaxupap nạp cũng như xupap xả, làm giảm pa và làm tăng pr, mặt khác cũng làm giảm T(do giảm thời gian tiếp xúc), kết quả làm giảm v

Vì vậy nếu điều chỉnh sao cho thành phần hoà khí thích hợp ở tốc độ cao thì khigiảm tốc độ n, do nhiên liệu chu trình gct giảm và không khí nạp lại tăng khiến hoà khí bịnhạt đi làm giảm mô men của động cơ Ngược lại nếu điều chỉnh thích hợp ở số vòngquay thấp thì khi tăng tốc độ sẽ làm cho hoà khí quá đậm gây cháy không hết ( xuất hiệnnhiều muội than do thiếu ôxy) Chính vì vậy trong hệ thống nhiên liệu lắp bơm Boschthường có thêm cơ cấu hiệu chỉnh đặc tính cung cấp của bơm, nhưng cũng không thểkhắc phục hết nhược điểm này.

0.8 0.6 0.4 0.2 0

Dựa vào ý tưởng của bơm phân phối sử dụng kim phun điện, các cải tiến đã đượcthực hiện theo hướng đưa vào giai đoạn phun kết thúc Trong hệ thống cũ, việc tạo ra ápsuất và cung cấp lượng nhiên liệu diễn ra song song với nhau bởi cam và piston bơm cao

áp Điều này tạo ra các tác động xấu đến đường đặc tính phun như sau:

- Áp suất phun tăng đồng thời với tốc độ và lượng nhiên liệu được phun

- Suốt quá trình phun, áp suất phun tăng lên và lại giảm xuống theo áp lựcđóng của ty kim ở cuối quá trình phun

- Áp suất phun tăng đồng thời với tốc độ và lượng nhiên liệu được phun

- Suốt quá trình phun, áp suất phun tăng lên và lại giảm xuống theo áp lựcđóng của ti kim phun ở cuối quá trình phun

Hậu quả là:

Chế độ ít tải

Chế độ đầy tải

v

- Khi phun với lượng nhiên liệu ít thì áp suất phun cũng nhỏ và ngược lại

- Áp suất đỉnh cao gấp đôi áp suất phun trung bình

Để quá trình cháy hiệu quả, đường cong mức độ phun nhiên liệu thực tế có dạngtam giác

Áp suất đỉnh quyết định tải trọng đặt lên các thành phần của bơm và các thiết bịdẫn động Ở hệ thống nhiên liệu cũ, nó còn ảnh hưởng đến tỉ lệ hỗn hợp khí và nhiên liệutrong buồng cháy

Hình2-11 Đặc tính phun nhiên liệu thường

2.3 Hệ thống nhiên liệu CommonRail Diesel

Trong động cơ Diesel hiện đại, áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi phun một cáchriêng rẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong hộp chứa (Rail) hay còn gọi là “Ắcquythủy lực”và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu tùy thuộc vào trạng thái làmviệc của động cơ Lợi ích của vòi phun Common Rail là làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiênliệu được phun ra ở áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, kiểm soát lượng phun,thời điểm phun Do đó làm hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn So với

hệ thống cũ dẫn động bằng cam, hệ thống Common Rail khá linh hoạt trong việc đáp ứngthích nghi để điều khiển phun nhiên liệu cho động cơ Diesel như:

- Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch, xe khách, tải nhẹ, tải nặng, xe lửa, tàuthủy… )

- Áp suất phun đạt đến từ 1600 bar đến 2000 bar

- Thay đổi áp suất phun tùy theo từng chế độ hoạt động của động cơ

- Có thể thay đổi thời điểm phun.

- Phun chia làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun chính và phun kết thúc

2.3.1.Nguyên lý hoạt động

Hình 2-12 Sơ đồ nguyên lí hoạt động hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail Diesel

1 Thùng nhiên liệu; 2 Bơm cao áp Common Rail; 3 Lọc nhiên liệu; 4 Đường cấp nhiênliệu cao áp; 5 Đường nối cảm biến áp suất đến ECU ; 6 Cảm biến áp suất; 7 CommonRail tích trữ &điều áp nhiên liệu (hay còn gọi ắcquy thuỷ lực) ; 8 Van an toàn (giới hạn

áp suất); 9 Vòi phun; 10 Các cảm biến nối đến ECU(PCM) và Bộ điều khiển thiết bị(EDU); 11.Đường về nhiên liệu (thấp áp) ; EDU: (Electronic Driver Unit) và ECU :(Electronic Control Unit)

Tương tự như hệ thống nhiên liệu diesel thông thường, trên hình 1 nhiên liệu đượcbơm cung cấp đẩy đi từ thùng nhiên liệu trên đường ống thấp áp qua bầu lọc (3) đến Bơmcao áp (2), từ đây nhiên liệu được bơm cao áp nén đẩy vào ống tích trữ nhiên liệu áp suấtcao (7) hay còn gọi ắc quy thủy lực- và được đưa đến vòi phun Common Rail (9) sẵnsàng để phun vào xy lanh động cơ Việc tạo áp suất và phun nhiên liệu hoàn toàn táchbiệt với nhau trong hệ thống Common Rail Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ

và lượng nhiên liệu phun ra Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong ắc quy thủy lực.Lượng phun ra được quyết định bởi điều khiển bàn đạp ga, thời điểm phun cũng như ápsuất phun được tính toán bằng ECU dựa trên các biểu đồ dữ liệu đã lưu trên nó Sau đó

ECU và EDU sẽ điều khiển các kim phun của các vòi phun tại mỗi xy lanh động cơ đểphun nhiên liệu nhờ thông tin từ các cảm biến (10) với áp suất phun có thể đến 1500 bar.Nhiên liệu thừa của vòi phun đi qua ắcquy thủy lực trở về bơm cao áp, van điều khiển ápsuất tại bơm mở để nó trở về thùng nhiên liệu (1) Trên ắcquy thủy lực có gắn cảm biến

áp suất và đầu cuối có bố trí van an toàn (8), nếu áp suất tích trữ trong ắc quy thủy lực (7)lớn quá giới hạn van an toàn sẽ mở để nhiên liệu tháo về thùng chứa

Với phương pháp này áp suất phun từ 1600 bar đến 2000 bar có thể thực hiện ở mọithời điểm ngay cả động cơ lúc thấp tốc Trong hệ thống Common Rail quá trình phunđược chia thành các cách phun:

- Phun mồi (hay Phun sơ khởi- Pre-injection hoặc Pilot- injection).

- Phun chính (Main injection)

- Phun thứ cấp (Post-injection).

Một hệ thống Common Rail Diesel gồm có 4 thành phần căn bản :

- Bơm áp suất cao với van điều chỉnh áp suất và van đo lường

- Các cảm biến ( tốc độ quay trục khuỷu, trục cam, bàn đạp ra, lưu lượng không khí và nước làm mát, cảm biến áp suất Rail, …)

- Các cơ cấu chấp hành (Vòi phun điều khiển bằng van solenoid, bộ tăng áp, bộ hồi lưu khí xả, các đồng hồ đo áp suất,…)

- Bộ điều khiển điện tử (ECU (PCM), EDU) kiểm soát lượng phun chính xác, điều chỉnh

áp suất và giám sát các điều kiện hoạt động của động cơ

Mạch áp suất thấp:

Hình 2-13 Mạch áp suất thấpMạch áp suất cao:

Hình 2-14 Mạch áp suất cao

Mạch dầu hồi:

Hình2-15 Mạch hồi dầu(mũi tên chỉ cho thấy khi van mở nhiên liệu qua bơm cao áp về lại thùng chứa)

Hình 2-16 ECU, các cảm biến và cơ cấu chấp hành

2.3.2 Các chức năng của hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel

Với hệ thống nhiên liệu Common Rail, người ta phải phân biệt giữa ba nhóm chức năngkhác nhau:

- Mạch áp suất thấp

- Mạch áp suất cao

- ECU (PCM) và hệ thống các cảm biến

Chức năng chính: Là điều khiển phun nhiên liệu đúng thời điểm, đúng lượng phun, đúng

áp suất phù hợp từng chế độ làm việc của động cơ

Chức năng phụ: Là điều khiển vòng kín và vòng hở như điều khiển hệ thống hồi lưu khíthải, tăng áp, ga tự động,… làm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và khí thải độc hại.Động cơ Diesel thế hệ “cũ”, trong quá trình làm việc hệ thống cung cấp nhiên liệu tạo ratiếng ồn khá lớn Khi khởi động và tăng tốc đột ngột lượng khói đen thải lớn.Vì vậy làmtiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm cao Ở hệ thống nhiên liệu Common Rail áp suất phun từ

1600 Bar đến 2000 Bar, có thể phun ở mọi thời điểm, mọi chế độ làm việc và ngay cảđộng cơ lúc thấp tốc mà áp suất phun vẫn không thay đổi

Với áp suất cao, nhiên liệu được phun càng tơi nên quá trình cháy càng sạch hơn Động cơ làm việc êm dịu là nhờ cải tiến bơm cao áp (hình 6) Với kiểu bơm pittông bố trí hình sao lệch nhau 120 độ Hoạt động nhẹ nhàng, linh hoạt và năng suất cao, giảm được tải trọng động trên động cơ

Hình 2-17 Kết cấu Bơm cao áp

Các giai đoạn phun sơ khởi làm giảm thời gian cháy trễ và phun thứ cấp tạo cho quá trình

cháy hoàn thiện Ngoài ra, hệ thống còn ứng dụng điều khiển điện tử cho động cơ, lắp

thêm bộ hồi lưu khí xả (EGR) và tăng áp góp phần cải thiện tính năng động cơ Trong đóphải kể đến vòi phun Common Rail, nó thực hiện phun và lưu ở áp suất cao.Vòi phun có van trợ lực điện từ Nó là một thành phần chính xác cao, được chế tạo chịuđược độ kín khít cực cao Các van, kim phun và cuộn điện từ được định vị trên thân vòiphun Dòng nhiên liệu từ giắc nối mạch áp suất cao đi qua van tiết lưu đi vào buồng chứavan điều khiển Có áp suất bên trong vòi phun bằng áp suất trong ắcquy thủy lực, như vậy

ta thấy rằng vòi phun được thiết kế làm việc ở áp suất rất cao do đó các chi tiết lò xo, van

bi, kim phun và van điện từ làm việc phải chính xác

Hình 2-18 Vòi phun Common Rail Diesel- Bosch

Qua phân tích trên ta có thể kết luận Hệ thống Common Rail Diesel có 5 ưu điểm sau:

- Tiêu hao nhiên liệu thấp

- Phát thải ô nhiễm thấp

- Động cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn

- Cải thiện tính năng động cơ

- Thiết kế phù hợp để thay thế cho các động cơ Diesel đang sử dụng

Một ưu điểm nữa của hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel là trong quá trình thiết kếnhằm mục đích có thể thay thế được cho hệ thống nhiên liệu Diesel cũ, tức là việc bố trícác thành phần và lắp đặt chúng trên động cơ phù hợp với các động cơ đang tồn tại Tuynhiên, hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel còn các tồn tại là:

- Thiết kế và chế tạo phức tạp đòi hỏi công nghệ cao

- Khó xác định và lắp đặt các chi tiết Common Rail trên động cơ cũ

Qua việc phân tích ưu và nhược điểm của hệ thống nhiên liệu diesel sử dụng bơmcao áp Bosch và hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel tôi chọn hệ thống nhiênliệu Common Rail Diesel để thiết kế cho hệ thống nhiên liệu của động cơDuratorq 2.4l

3 Các thông số của động cơ Duratorq 2.4l

Động cơ Duratorq 2.4L của hãng FORD là loại động cơ 4 kỳ 4 xylanh được đặtthẳng hàng và làm việc theo thứ tự nổ 1-3-4-2 Động cơ có công suất lớn 74 KW/3500 v/

ph, hệ thống phối khí của các xupáp được dẫn động trực tiếp từ trục cam thông qua conđội thuỷ lực, sử dụng con đội thuỷ lực và cách bố trí 4 xupáp trên một xylanh (2 xupápnạp, 2 xupáp thải) tạo được chất lượng nạp và thải (nạp đầy, thải sạch), nhằm tăng côngsuất động cơ, giảm được lượng khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường Với hệ thốngphun nhiên liệu diesel điều khiển bằng điện tử và hệ thống tuần hoàn khí xả tạo cho động

cơ luôn làm việc ở chế độ an toàn và hiệu quả cao

Bảng 3-1 Bảng thông số kỹ thuật động cơ

Hành trình piston 94,6 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15mm]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

Đường kính xilanh 89,9 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15mm]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

Thông số Giá trị Đơn vị

Tổng dung tích 2402 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15cm3]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

Công suất cực đại 74[s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15kW]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15 / 3500[s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15v/ph]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

Momen xoắn cực đại 375 Nm / 2000[s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15v/ph]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

4 Tính toán thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ Duratorq 2.4l.

4.1 Tính toán hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.4l

4.1.1 Tính toán nhiệt (tính theo tài liệu [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,151]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15)

Công suất, tính kinh tế nhiên liệu, độ tin cậy khi làm việc và tuổi thọ của động cơphụ thuộc vào mức độ hoàn thiện của chu trình công tác Vì vậy, việc nghiên cứu các quátrình tạo nên chu trình công tác của động cơ là rất cần thiết để tìm ra các quy luật diễnbiến của chúng, phát hiện những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ấy, trên cơ sở đó xácđịnh phương hướng nâng cao tính hiệu quả và kinh tế của động cơ

Phương pháp tính toán các thông số của chu trình công tác thực tế càng hoàn hảo baonhiêu thì sự khác biệt giữa chu trình tính toán và chu trình thực tế càng ít bấy nhiêu

Nhiệm vụ của tính toán nhiệt động cơ là dựa trên những số liệu đã cho ban đầu để xácđịnh các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của động cơ Kết quả của tính toán nhiệt là xây dựngđược đồ thị công và đây là tài liệu cơ bản cho việc tính toán động học, động lực học, tínhsức bền và độ mài mòn của các chi tiết tiếp theo

Tính toán chu trình nhiệt của động cơ đốt trong được tiến hành qua các bước sau:4.1.1.1 Thông số động cơ

- Công suất định mức của động cơ: Ne = 74 kW

- Số kỳ động cơ:  = 4

4.1.1.2 Các thông số chọn ban đầu

Hệ số dư lượng không khí  1,66

Áp suất cuối quá trình nạp Pa 0,151 MN/m2

Chỉ số giản nở đoạn nhiệt m 1,5

Hệ số lợi dụng nhiệt tại z z 0,8

Hệ số lợi dụng nhiệt tại b b 0,85

a

r 2 1

r a k

k

p

p

p T T

T 1

151 , 0 11 , 0 1 1 , 1 05 , 1 5 17 11 , 0 151 , 0 30 303

303

1 5 17

T.p.1

T.p

v r k

k r 2 r

m 1 - m r

a r r t k

a

K 169 343 02

, 0 1

0,11

0,0.151

700 02 , 0 1 , 1 30

303

1,5 1 - 1,5

00419 ,

0 806 , 19 T 2

b a

19  = 20,525 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15kJ/kmol.0K]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

2 Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy m C "v [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15kJ/kmol.0K]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

T 2

36 , 184 38 ,

36 ,

184 38

, 427 2

1 634

, 1 867

343

2 005

0 851

, 20

C

[s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15kJ/kmol.0

K]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

4 Tỷ nhiệt mol của hỗn hợp cháy m C ' v[s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15kJ/kmol.0

K]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

T 2 ' b '

a 1

"

C m

C m '

C

v r

v r

02 ,

0 1

8 51

20

0 2 ,

0

8 06 ,

1 9 1

"

'

v v

a a

0 1

00 5 ,

0 02 ,

0

00 41 9 ,

0 1

"

'

v v

b b

004 , 0 826 , 19

C

5 Chỉ số nén đa biến trung bình n1

Tính gần đúng từ phương trình nén đa biến:

T  1

2

' b ' a

314 , 8 1

n

1 n a

v v

17 5 1

303 2

004 , 0 83 , 19

314 , 8 1

1 373 , 1 1

6 Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,150

K]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

Tc Ta n1 1

  (3-8)

1 368 , 1

5 17 169



c

T = 984 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,150K]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

7 Áp suất cuối quá trình nạp pc [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15MN/m2

]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

5 17 085 , 0



c

p = 7.5 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15MN/m2

]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

III Quá trình cháy:

1 Số mol không khí để đốt cháy 1 Kg nhiên liệu M0

(3-10)Trong đó:

C, H, O : Thành phần trong 1Kg nhiên liệu

126 , 0 12

87 , 0 21 , 0

M2 = 0,821 + 0,032 =0,853 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15Kmol/Kg.nl]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

5 Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết

039 1 821 , 0

853 , 0

02 , 0 039 , 1 1

0

z

1

1 1

8 , 0 02 , 0 1

1 039 , 1 1

8 , 0





b

z z

x





= 0,941 (3-17)

9 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn

Với động cơ Diesel a > 1 thì QH = 0

10 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z

z vz

r z

2

z 1

v 0

r z

2 v

vz

x1.Mx

.M

x1M.'ax

M

r z

2

z 1

v 0

r z

2 vz vz

x1.Mx

.M

x1.M.'bx

.M

2036

2 005 ,

0 193

21

C m

= 26.714 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15KJ/KmoloK]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

11 Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz

Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz được tính theo phương trình sau:

r 1

''



vz z

b

) 314 8 193 21 (

036 1 ) 314 8 ( "

''1

QH =42530

Phương trình bậc hai:

0,003Tz2 + 30.556.Tz – 73879.285 = 0

Giải phương trình bật hai và loại bỏ nghiệm âm ta tìm được:

Tz = 2036.782 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,150K]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

- Áp suất cực đại của chu trình lý thuyết pz [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15MN/m2]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

pz = pc. = 7.5.1.68 = 12.704 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15MN/m2]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15 (3-22)

IV.Quá trình giãn nở:

1 Tỷ số giãn nở sớm

984

782 2036 68 , 1

036 , 1 



c

z z

z b

13

2036.782

1 260 , 1

b  

pb = 0,469 (MN/m2)

5 Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót Tr

) K ( p

p T

1 - m

b

r b

) K ( 876 635 0,469

0,11 1031.045.

1 - 1,5

876 635 700

c

'

i

1 1 1 n

1 1

1 1 n ) 1 (

267.15

.17

11

.11,368

1715

.13

11

.11,260

7,115.17

7.5

1 - 1,368 1

1,260

k i 1 i

p Q

T p M 314

9.303 0,821.1,22

200 411 , 0 42530

3500 0946 0 30

s.n

Chọn a = 0,09

241 852

Ne 30

V

e h





1 Thể tích công tác của xylanh

lit) ( 6 0 4.3500 1.048

74 4 30

S t  t. (3-39)

mm

9 89

6 94 98



4.1.2 Vẽ đồ thị công.

Để vẽ được đồ thị công cần phải xâc định câc điểm trung gian trín đường nĩn văđường giên nở.

4.1.2.1 Xâc định câc điểm trín đường nĩn với chỉ số đa biến n1

Phương trình đường nĩn p V n 1 const

 , do đó nếu gọi x lă điểm bất kỳ trín đường nĩnthì

1

nx nx

n c

.

cV p V

c nx c nx

V V

1 p p

i

p

p 

n1- lă chỉ số nĩn đa biến trung bình, xâc định thông qua tính toân nhiệt

4.1.2.2 Xđy đựng đường cong âp suất trín đường giên nở

Phương trình của đường giên nở đa biến p V n 2  const, do đó nếu gọi x lă điểm bất kỳtrín đường giên nở thì:

2

gnx gnx

n z

V V p

i

p

p  

n2- lă chỉ số giên nở đa biến trung bình, xâc định thông qua tính toân nhiệt

Bảng 4-1 Câc giâ trị trín đường nĩn vă giên nở

Đường giãnnở

i

p 

Trên đoạn cy lấy điểm c” với c”c =1/3cy

Trên đoạn yz lấy điểm z” với yz” =1/2yz

Trên đoạn ba lấy điểm b” với bb” =1/2ba

14 10

8 9

7 11 2

1 3 4 5

r

15 17 17.5 V(l)

b ab''

P(MN/m2)0

12.704

12 14

12 65

2

 4

O'O1715

161418

Hình 4-1 Đồ thị công.

4.2 Xác định các thông số cơ bản của bơm cao áp (tính theo tài liệu [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,157]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15).

4.2.1 Thể tích nhiên liệu cung cấp cho một chu trình.

VCT = vCT.Vh (3-42)

VCT : thể tích nhiên liệu cung cấp cho một chu trình

vCT : một đơn vị thể tích công tác xylanh

 : hệ số dư lượng không khí;  = 1,66

D = 89,9 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15mm]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

=600178 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15mm3]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15 = 0,6 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15l]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

vCT = 0,6.42,92 = 25,752 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15mm3]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

4.2.2 Đường kính piston bơm cao áp.

dPT =

P C P

C CT

C

n v K

.

6

fPT = 35002 4 = 7000 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15vg/ph]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

SPT: hành trình thực tế của piston bơm

Chọn SPT = 3,2 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15mm]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

nc: số vòng quay của bơm cao áp

nc= 1650 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15vg/ph]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15

Theo (3-57)

dPT = .1,214.25.0,,75752.746.6.1650,67

14 , 3

4

= 6,2 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15mm]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15Vậy chọn đường kính piston bơm cao áp: dp=7 (mm)

4.3 Xác định các thông số cơ bản của vòi phun

Những thông số cơ bản của vòi phun phải đảm bảo tốc độ cấp nhiên liệu thích hợp và

= 36052,8[s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15mm3/s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15 = 36,0528[s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15cm3/s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,154.3.2 Tổng số tiết diện lưu thông của lỗ phun.f1