đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống cung cấp khí cng cho động cơ 1tr-fe lắp trên ô tô innova

Với tình hình khan hiếm nhiên liệu và mức độ ô nhiễm bầu khí quyển nhưhiện nay, việc ứng dụng CNG vào các phương tiện vận tải là một thiết yếu nhằm đadạng hoá nguồn nhiên liệu và giải qu

Mục Lục

Trang

1 Tổng quan về hệ thống nhiên liệu khí động cơ đốt trong 41.1 Sự cần thiết phải có nguồn nhiên liệu thay thế nguồn nhiên liệu lỏng truyền

1.2.1 Nguồn gốc, quá trình khai thác và sử lý khí 5

1.3 Các phương án cung cấp khí CNG cho động cơ đốt trong 101.3.1 Cung cấp khí CNG cho động cơ sử dụng bộ hòa trộn 101.3.2 Cung cấp CNG cho động cơ sử dụng bộ hòa trộn kết hợp với van tiết lưu và

1.3.3 Cung cấp CNG cho động cơ bằng phương pháp phun CNG trên đường nạp.131.3.4 Cung cấp CNG cho động cơ bằng phương pháp phun CNG trực tiếp vào

2 Giới thiệu tổng quát về ô tô INNOVA và động cơ 1TR-FE 16

3.2.3 Van nạp 31

5.2 Tính toán tiết lưu trong mạch cung cấp chính 62

6 Phương pháp lắp đặt bố trí hệ thống nhiên liệu khí CNG trên ô tô INNOVA 65

6.2 Các triệu chứng hư hỏng của hệ thống nhiên liệu CNG và biện pháp kiểm tra

6.2.3 Động cơ mất công suất ở tốc độ cao, gia tốc kém 69

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong sử dụng các loại nhiên liệu truyền thống cùng với cácphương tiện giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm chủ yếu và nghiêm trọng chomôi trường không khí Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật các quá trìnhlàm việc của động cơ đốt trong đã được điện tử hoá, tin học hoá tạo ra những thànhcông đáng kể về cải thiện công suất động cơ, nâng cao hiệu suất, tiết kiệm nhiênliệu, giảm ô nhiễm môi trường Nhưng với sự khắt khe của các tiêu chuẩn về ônhiễm môi trường của khí thải động cơ của một số nước thì các giải pháp trên cũngkhông đáp ứng được các tiêu chuẩn khắt khe đó

Vì vậy chúng ta cần có các giải pháp hữu hiệu hơn để khắc phục vấn đề trên.Một trong các giải pháp đó là sử dụng các loại nhiên liệu “sạch” ít gây ô nhiễm đểthay thế cho các loại nhiên liệu truyền thống

Với tình hình khan hiếm nhiên liệu và mức độ ô nhiễm bầu khí quyển nhưhiện nay, việc ứng dụng CNG vào các phương tiện vận tải là một thiết yếu nhằm đadạng hoá nguồn nhiên liệu và giải quyết hữu hiệu vấn để ô nhiễm môi trường do các

phương tiện vận tải gây ra, chính vì lẽ đó mà em đã chọn đề tài ‘‘Thiết kế hệ thống

cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA’’ để giải quyết cácvấn đề trên

Cuối cùng em xin được gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫnNguyễn Quang Trung đã chỉ bảo em tận tình, giúp em vượt qua những khó khănvướng mắc trong khi hoàn thành đồ án của mình Bên cạnh đó em cảm ơn các thầytrong khoa đã tạo mọi điều kiện để em hoàn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp này

Đà Nẵng, ngày 28 tháng 05 năm 2009

Sinh viên thực hiện

Đỗ Mạnh Cường

1 Tổng quan về hệ thống nhiên liệu khí động cơ đốt trong.

1.1 Sự cần thiết phải có nguồn nhiên liệu thay thế nguồn nhiên liệu lỏng truyền thống

Từ những năm 1849 - 1850, con người đã biết chưng cất dầu mỏ để lấy radầu hỏa, còn xăng là thành phần chưng cất nhẹ hơn dầu hỏa thì chưa hề được sửdụng đến và phải đem đổ đi một nơi thật xa Lúc đó con người tạo ra dầu hỏa vớimục đích thắp sáng hoặc đun nấu đơn thuần Nhưng với sự tiến hóa của khoa học và

kỹ thuật, từ việc sử dụng những động cơ hơi nước cồng kềnh và hiệu quả thấp, conngười đã tìm cách để sử dụng xăng và dầu diesel cho động cơ đốt trong, loại động

cơ nhỏ gọn hơn nhưng có hiệu quả cao hơn hẳn Cùng với những khám phá khoahọc vĩ đại khác, sự phát minh ra động cơ đốt trong sử dụng xăng và dầu diezel đãthúc đẩy xã hội loài người đạt những bước phát triển vượt bậc, đem đến cuộc sống

ấm no, hạnh phúc và văn minh cho hàng tỷ người trên thế giới

Những hiệu quả và giá trị của dầu mỏ và động cơ đốt trong mang lại thật sựkhông ai có thể phủ nhận được Nguồn năng lượng chúng mang lại hầu như làchiếm ưu thế hoàn toàn Do vậy, mà hầu hết các quốc gia trên thế giới đều muốnchiếm ưu thế và chủ động về nguồn dầu mỏ Cuộc khủng hoảng năng lượng vàothập kỷ 70 của thế kỷ 20 đã một lần nữa khẳng định tầm quan trọng chiến lược củadầu mỏ đối với mỗi quốc gia và cho toàn thế giới Nhưng theo dự đoán của các nhàkhoa học thì với tốc độ khai thác hiện nay, trữ lượng dầu mỏ còn lại của Trái Đấtcũng chỉ đủ cho con người khai thác trong vòng không quá 40 năm nữa

Bên cạnh đó những hậu quả mà khi chúng ta sử dụng dầu mỏ và động cơ đốttrong đem lại từ các chất thải khí làm ô nhiễm không khí, làm thủng tầng ôzôn, gâyhiệu ứng nhà kính.Trong các chất độc hại thì CO, NOx, HC do các loại động cơ thải

ra là nguyên nhân chính gây ô nhiễm bầu không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe conngười Do đó, con người phải đứng trước một thách thức lớn là phải có nguồn nhiênliệu thay thế

Những loại nhiên liệu có thể dùng thay thế cho xăng và dầu diesel là:

Trong các loại nhiên liệu trên, khí thiên nhiên là nguồn năng lượng sơ cấp rấtquan trọng Trong những năm gần đây, sản lượng khí thiên nhiên hàng năm trên thếgiới đạt xấp xỉ 2 tỉ Tép (1000 m3 = 0,85 Tep), tương đương khoảng 60% sản lượngdầu thô Người ta ước tính đến năm 2020, sản lượng khí thiên nhiên trên thế giới sẽ

là 2,6 tỉ Tép/năm so với sản lượng dầu thô là 3,5 tỉ Tép

Trữ lượng khí thiên nhiên hiện nay khoảng 150 tỉ Tép, xấp xỉ với trữ lượngdầu thô Mặt khác, khí thiên nhiên có ưu điểm là phân bố hầu như trên khắp địa cầunên đảm bảo được sự cung cấp an toàn và thuận tiện hơn dầu thô

Từ những năm 1990, việc nghiên cứu sử dụng khí thiên nhiên làm nhiên liệu

đã được thực hiện ở nhiều khu vực trên thế giới Khí thiên nhiên được xem là nhiệnliệu sạch vì vậy việc sử dụng nó để chạy động cơ ngoài mục đích đa dạng hóanguồn nhiên liệu còn góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường một cách đáng kể

Khí thiên nhiên có thể chứa trong bình nhiên liệu của ô tô ở hai dạng:

+ Dạng khí ở nhiệt độ môi trường và áp suất cao

+ Dạng lỏng ở nhiệt độ -1610C và áp suất môi trường không khí

Trong đồ án này, chủ yếu nghiên cứu nhiên liệu thiên nhiên ở dạng khí ởnhiệt độ môi trường và áp suất cao CNG (Compressed Natural Gas)

1.2 Giới thiệu về khí nén thiên nhiên

1.2.1 Nguồn gốc, quá trình khai thác và sử lý khí.

Khí thiên nhiên được tạo ra từ sinh vật phù du, các vi sinh vật sống dướinước bao gồm tảo và động vật nguyên sinh khi các vi sinh vật này chết đi và tích tụtrên đáy đại dương, chúng dần bị chôn đi và xác của chúng được nén dưới các lớptrầm tích Trải qua hàng triệu năm, áp suất và nhiệt do các lớp trầm tích chồng lênnhau tạo nên trên xác các loại sinh vật này đã chuyển hoá hoá học các chất hữu cơnày thành khí thiên nhiên Do dầu mỏ và khí thiên nhiên thường được tạo ra bằngcác quá trình tự nhiên tương tự nhau, hai loại hydrocacbon này thường được tìmthấy cùng nhau trong các bể chứa ngầm tự nhiên Sau khi dần được tạo nên tronglòng vỏ Trái Đất, dầu mỏ và khí thiên nhiên đã dần chui vào các lỗ nhỏ của các tầng

đá xốp xung quanh, những tầng đá xốp này có vai trò như các bể chứa tự nhiên Docác lớp đá xốp này thường có nước chui vào, khí thiên nhiên vốn nhẹ hơn nước vàkém dày đặc các tầng đá xung quanh nên chúng chuyển lên trên qua lớp vỏ, đôi khicách xa nơi chúng tạo ra Cuối cùng, một số hydrocacbon này bị bẫy lại bởi các lớp

đá không thấm (đá không xốp), các lớp đá này được gọi là đá “mũ chụp” Khí thiênnhiên nhẹ hơn dầu mỏ, do đó nó tạo ra một lớp nằm trên dầu mỏ Lớp khí này đượcgọi là “mũ chụp khí” Các lớp than đá có chứa lượng mêtan đáng kể, mêtan là thànhphần chính của khí thiên nhiên Trong các trữ lượng than đá, mêtan thường bị phân

tán vào các lỗ các vết nứt của tầng than Khí thiên nhiên này thường được gọi là khímêtan trong tầng than đá.

Để định vị được các mỏ khí, các nhà địa chất học thăm dò những khu vực cóchứa những thành phần cần thiết cho việc tạo ra khí thiên nhiên: đá nguồn giàu hữu

cơ, các điều kiện chôn vùi đủ cao để tạo ra khí tự nhiên từ các chất hữu cơ, các kiếntạo đá có thể "bẫy" các hydrocacbon

Khi các kiến tạo địa chất có thể chứa khí tự nhiên được xác định, thôngthường chứ không phải luôn ở bể trầm tích, người ta tiến hành khoan các giếng cáckiến tạo đá Nếu giếng khoan đi vào lớp đá xốp có chứa trữ lượng đáng kể khí thiênnhiên, áp lực bên trong lớp đá xốp có thể ép khí thiên nhiên lên bề mặt Nhìn chung,

áp lực khí thường giảm sút dần sau một thời gian khai thác và người ta phải dùngbơm hút khi lên bề mặt

Khi khí thiên nhiên được khai thác khỏi mặt đất, nó được vận chuyển bằngđường ống dẫn khí đến một nhà máy tinh lọc và xử lý, nơi nó được chế biến

Khí thiên nhiên được chế biến bằng các thiết bị tách lọc khí để loại bỏ các hợp chấtkhông phải là hyđrôcacbon, đặc biệt là hyđrô sulfit và điôxit cacbon Hai quá trình

sử dụng cho mục đích này là hấp thụ và hút bám (absorption and adsorption).

Quá trình hấp thụ sử dụng một chất lỏng hấp thụ khí tự nhiên và các tạp chất

và phân tán chúng trong chất lỏng này Trong một quá trình được gọi là hấp thụ hóahọc, các tạp chất phản ứng với chất lỏng hấp thụ Khí thiên nhiên sau đó thoát rakhỏi chất hấp thụ còn chất hấp thụ còn tạp chất ở lại trong chất lỏng Các chất lỏng

hấp thụ thường được sử dụng là nước, các dung dịch amin nước (aqueous amine) và

cacbonat natri

Quá trình hút bám là một quá trình cô đặc khí tự nhiên trên bề mặt một chấtrắn hoặc một chất lỏng để loại bỏ tạp chất Một chất thường được sử dụng cho mụcđích này là cacbon (than), là chất có diện tích bề mặt trên đơn vị trọng lượng rộng

Ví dụ, các hợp chất lưu huỳnh trong phí tự nhiên được bề mặt hấp thụ của cacbongiữ lấy Các hợp chất lưu huỳnh được kết hợp với hyđrô và oxy để tạo thành axítsulphuric và có thể loại bỏ

Sau khi các tạp chất đã được loại bỏ trong các thiết bị tách lọc, khí thiênnhiên phải được làm khô Kỹ thuật làm khô khí phân thành các nhóm:

+ Hấp phụ nước bằng các chất hút ẩm thể rắn như silicagen, nhôm oxit hoạttính, zeolit NaA

+ Hấp phụ bằng nước hút ẩm thể lỏng như dietylenglycol, trietylenglycol…+ Ngưng tụ hơi nước hoặc đóng băng tạo tinh thể nước đá bằng kỹ thuật nénhoặc làm lạnh

1.2.2 Tính chất của khí CNG.

a) Thành phần hóa học

Khí nén CNG (Compressed Natural Gas) là khí thiên nhiên được nén dưới ápsuất nhất định (205 ÷ 275 bar) Khí thiên nhiên là hỗn hợp chất khí cháy được baogồm phần lớn là các hydrocacbon (hợp chất hoá học chứa cacbon và hyđrô) Cùngvới than đá và dầu mỏ, Khí thiên nhiên là nhiên liệu hóa thạch Khí thiên nhiên cóthể chứa đến 85% mêtan (CH4) và khoảng 10% êtan (C2H6), và cũng có chứa sốlượng nhỏ hơn propan (C3H8), butan (C4H10), pentan (C5H12), và các alkan khác Khíthiên nhiên, thường tìm thấy cùng với các mỏ dầu ở trong vỏ Trái Đất, được khaithác và tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn cung năng thếgiới Khí thiên nhiên chứa lượng nhỏ các tạp chất, bao gồm điôxít cacbon (CO2),hyđrô sulfít (HS), và nitơ (N2) Do các tạp chất này có thể làm giảm nhiệt trị và đặctính của khí thiên nhiên, chúng thường được tách khỏi khí thiên nhiên trong quátrình tinh lọc khí và được sử dụng làm sản phẩm phụ

b) Khả năng ứng dụng khí CNG cho động cơ

Bảng 1 – 2 So sánh đặc tính của CNG với xăng

Năng lượng đánh lửa tối thiểu (mJ) 0,33 0,26

Nhiệt độ đoạn nhiệt của màng lửa (K) 2227 2266

Thành phần hoá học % C

H

O

75250

85,414,60

Nhiệt trị riêng khối lượng của CNG cao hơn (khoảng 10%) so với nhiên liệulỏng thông thường Cùng hiệu suất như nhau, suất tiêu hao nhiên liệu (tính theokhối lượng) của động cơ dùng CNG giảm cũng chừng ấy lần

TSOT của CNG cao hơn so với xăng, trong động cơ chuyên dụng, công suất,tính gia tốc và tốc độ tiết kiệm của ô tô CNG tốt hơn ô tô dùng động cơ xăng Doquá trình cháy của CNG có đặc điểm sạch hơn, nên ô tô sử dụng động cơ CNG hoạtđộng hiệu quả hơn so với ô tô xăng, làm tăng tuổi thọ cho ô tô Ở những ô tô làmviệc nặng thì động cơ sử dụng CNG sẽ ít ồn hơn so với động cơ diesel

Mặc dù CNG là khí đốt, nhưng phạm vi cháy hẹp, làm cho nó là nhiên liệu

an toàn Mức độ an toàn của ô tô CNG ngang hàng với ô tô xăng Khi bị tràn rangoài do tai nạn, thì CNG không gây hại cho đất và nước, nó không độc Khả năngphân tán của CNG nhanh, giảm tối thiểu sự nguy hiểm cháy nổ liên quan đến xăng

c) Sự ô nhiễm khí thải khi sử dụng CNG làm nhiên liệu.

Cũng như đối với những loại nhiên liệu khác, đặc điểm phát sinh ô nhiễmcủa động cơ dùng CNG liên quan đến thành phần hydrocarbure của nhiên liệu,( thường nhiên liệu CNG chứa ít nhất 90% methane) Khác với động cơ xăng, trongkhí xả động cơ CNG hầu như không có hydrocarbure nào có hơn 4 nguyên tửcacbon, đặc biệt hơn nữa là không có sự hiện diện của thành phần hydrocarburethơm

Liên quan đến vấn đề tạo ozone ở hạ tầng khí quyển, khí thải động cơ CNG

có hoạt tính thấp hơn động cơ xăng đến hai lần tính chất này chủ yếu do nhiên liệuCNG chứa phần lớn methane, thành phần các chất hoạt tính (butenes, buta-1, 3-diene, xylenes) rất thấp hoặc có thể bỏ qua

Mặt khác, nhiên liệu CNG không bao giờ gây trở ngại đối với bộ xúc tác ba

hóa methane còn lại trong khí xả rất khó khăn Muốn loại trừ chất này cần sử dụngmột bộ xúc tác đặc biệt.

Bảng 1 – 3 Mức độ phát ô nhiễm của động cơ dùng CNG

Còn về mức độ phát sinh NOX khí xả động cơ CNG có nồng độ NOX rất thấpnếu động cơ làm việc với α = 1 và có lắp bộ xúc tác 3 chức năng Nồng độ này caohơn một chút nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép nếu dùng hỗn hợp nghèo.Những phiền phức đặc biệt của động cơ diesel (ồn, hôi, khói đen …) sẽ được giảm

đi rất nhiềuđối với động cơ CNG Mức độ ồn giảm được khoảng 3 db khi động cơhoạt động không tải với ô tô bus thành phố

Về mùi hôi, chất phụ gia chứa lưu huỳnh để phát hiện sự dò rỉ được thêmvào nhiên liệu với thành phần rất thấp (20 hay 25mg/m3) nên bị đốt cháy hoàn toàn

Vì vậy nên khí xả động cơ CNG rất ít hôi so với khí xả động cơ diesel

Về sự ảnh hưởng của khí thải động cơ sử dụng CNG đến hiệu ứng nhà kính,Methane cũng như CO2 và N2O là khí gây hiệu ứng nhà kính một cách trực tiếp vìvậy ta rất quan tâm đến việc nghiên cứu ảnh hưởng của việc động cơ CNG đến việcnóng lên của bầu khí quyển

Bảng 1 – 4 So sánh mức độ phát sinh khí gây hiệu ứng nhà kính đối với động cơ

dùng xăng, diesel, và CNG (gCO2/Km), theo chu trình ECE

Trong thực tế động cơ CNG phát sinh ít CO2 so với động cơ nhiên liệu lỏng

Vì vậy, lượng chất khí gây hiệu ứng nhà kính trong khí xả động cơ CNG thấp hơnkhoảng 25% so với động cơ xăng và 5% so với động cơ Diesel Do đó việc sử dụng

CNG sẽ làm giảm đi đáng kể lượng khí gây hiệu ứng nhà kính trên phạm vi toàncầu.

Nhìn chung, động cơ dùng CNG có rất nhiều hứa hẹn đối với ô tô hoạt độngtrong thành phố hay vùng ven đô, những khu vực mà tình trạng ô nhiễm môi trường

do phương tiện vận hành gây ra ngày càng trở nên trầm trọng Ở một số khu vựctrên thế giới, người ta đã bắt đầu sử dụng CNG cho ô tô chạy trong thành phố Cácquốc gia như Mỹ, Ý, Canada, Hà lan …đã xây dựng những cơ sở hạ tầng phục vụcho việc phát triển ô tô dùng nhiên liệu khí

Sự phát triển CNG có thể diễn ra với một số điều kiện Trước hết nhiên liệunày cần cho thấy được tính ưu việt chắc chắn so với những nhiên liệu đang cạnhtranh như nhiên liệu khí hóa lỏng LPG Mặt khác, người ta chỉ tiếp tục nghiên cứu

sử dụng nhiên liệu khí nếu như những giải pháp kĩ thuật về xử lí ô nhiễm khí xảđộng cơ nhiên liệu lỏng không cải thiện được so với yêu cầu của luật môi trường.Cuối cùng, như những nhiên liệu khác, sự thâm nhập của CNG đòi hỏi:

+ Chính sách thuế khuyến khích người sử dụng

+ Cơ sở hạ tầng phục vụ việc cung cấp CNG cho ô tô

+ Giải quyết vấn đề tâm lí của người sử dụng liên quan đến tính an toàn của

ô tô dùng CNG

1.3 Các phương án cung cấp khí CNG cho động cơ đốt trong

CNG được cung cấp vào động cơ ở dạng khí Hệ thống phun nhiên liệu khívào đường nạp nhờ độ chân không tại họng Venturi của bộ hòa trộn được dùngphổ biến nhất Tuy nhiên, những hệ thống phun nhiên liệu mới đang đượcnghiên cứu áp dụng thể hiện nhiều ưu điểm hơn như phun khí trên đường nạp

và đặc biệt là phun khí trực tiếp vào buồng đốt

1.3.1 Cung cấp khí CNG cho động cơ sử dụng bộ hòa trộn.

Hệ thống cung cấp nhiên liệu khí sử dụng bộ hòa trộn có nhiều dạngkhác nhau, nhưng đối với CNG thường sử dụng dạng sơ đồ sau

Hình 1 – 1 Cung cấp khí CNG dùng bộ hòa trộn.

Nhiên liệu CNG được nén trong bình chứa với áp suất 200 bar, khi khởiđộng động cơ van bình sẽ mở ra cho nhiên liệu CNG đi vào bộ giảm áp Tại bộgiảm áp, áp suất nhiên liệu được giảm xuống giá trị làm việc, nhờ độ chân không ởhọng venturi thấp hơn áp suất khí trời nên CNG được hút vào đường nạp, lưu lượngCNG cung cấp được khống chế bởi bộ giảm áp và độ chân không ở họng ốngventuri, nhiên liệu CNG đi vào bộ hỗn hợp hoà trộn với không khí tạo thành hỗnhợp nhiên liệu đi vào buồng cháy

Bộ hòa trộn kiểu họng Venturi được sử dụng phổ biến cho tất cảnhững loại nhiên liệu khí (LPG, LNG, CNG,…) vì việc hòa trộn đơn giản,phù hợp đối với nhiên liệu khí Vì vậy kết cấu của hệ thống cung cấp sửdụng bộ hòa trộn sẽ đơn giản làm cho giá thành rẻ

Sự cung cấp CNG liên tục làm hạn chế khả năng khống chế tỷ lệ

không khí/ CNG, để khắc phục nhược điểm trên ta dùng phương án sử dụng

bộ hoà trộn kết hợp với van tiết lưu và van công suất

Công tắc ECU

1.3.2 Cung cấp CNG cho động cơ sử dụng bộ hòa trộn kết hợp với van tiết lưu và van công suất.

Hình 1 – 2 Cung cấp khí CNG dùng bộ hoà trộn kết hợp van tiết lưu

Khi bật khoá điện, dòng điện qua cuộn dây sinh ra một từ tính làm van điện

từ mở ra cho khí CNG nén từ bình chứa áp suất cao đến bộ giảm áp, tại bộ giảm áp

áp suất nhiên liệu được giảm xuống giá trị làm việc khoảng 0,8 ÷1,5 bar, sau đónhiên liệu được qua bộ lọc áp suất thấp trước khi đi vào van tiết lưu, van tiết lưuđược điều khiển tự động bởi bộ vi xử lý, lưu lượng CNG cung cấp được khống chếbởi bộ giảm áp, tiết diện lưu thông của van tiết lưu và độ chân không ở ống venturi,tiết diện lưu thông của van tiết lưu được điều khiển tương ứng với phần trăm vị tríbướm ga thông qua cảm biến vị trí bướm ga Nhiên liệu đi vào bộ hỗn hợp hoà trộnvới không khí tạo thành hỗn hợp nhiên liệu đi vào buồng cháy

Khí CNG không những chỉ định lượng bởi độ chân không trong ống venturi

mà còn bởi sự thay đổi độ tiết lưu trên đường nạp, sự điều chỉnh mức độ tiết lưutrên đường nạp được thực hiện nhờ bộ vi xử lí chuyên dụng nhận tín hiệu từ cáccảm biến Khi sử dụng bộ hòa trộn công suất của động cơ giảm đi khoảng (5-8)%

do tổn thất lượng không khí nạp tại họng và do CNG chiếm chỗ

Công tắc

ECU

Bộ tiết kiệm nhiên liệu

1.3.3 Cung cấp CNG cho động cơ bằng phương pháp phun CNG trên đường nạp.

Hình 1 – 3 Cung cấp khí CNG bằng phương pháp phun trên đường nạp

Nhiên liệu CNG được nén trong bình chứa với áp suất 200 bar Khi bật khoáđiện khởi động động cơ, dòng điện qua cuộn dây sinh ra một từ tính làm van điện từ

mở ra cho CNG nén từ bình chứa đến bộ giảm áp Tại bộ giảm áp, áp suất nhiênliệu được giảm xuống giá trị làm việc, sau đó nhiên liệu qua bộ lọc áp suất thấptrước khi dẫn đến vòi phun Vòi phun được bộ vi xử lý điều khiển một cách tựđộng, thời gian phun được điều khiển tương ứng tỷ lệ với phần trăm vị trí tay gathông qua cảm biến vị trí tay ga Bộ xử lý này nhận phần lớn các tín hiệu cần thiết

từ hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG Hệ thống phun CNG trên đường nạp baogồm các hệ thống cơ bản sau

Hệ thống cung cấp CNG: Gồm bình chứa , van điện từ , bộ điều hoà áp suất,vòi phun CNG Do đặc thù riêng của nhiên liệu CNG nên áp suất cần thiết để cungcấp nhiên liệu đến vòi phun là 5 bar để tránh hiên tượng hoá hơi trên đường ống

Công tắc ECU

nhiên liệu Vì hoạt động của hệ thống nhiên liệu ở áp suất cao nên vấn đề an toàncủa hệ thống được đặt lên hàng đầu.

Hệ thống điều khiển gồm các cảm biến ghi nhận thông tin về chế độ làm việccủa động cơ, ECU xử lý các thông tin nhận được từ các cảm biến và phát tín hiệuđiều khiển đến các vòi phun CNG để điều khiển thời gian mở vòi phun cung cấpCNG Các tín hiệu điều khiển tới vòi phun là các xung thời gian có độ dài tươngứng tỷ lệ với lượng CNG cần phun vào ống góp nạp Các loại cảm biến trong hệthống gồm: Cảm biến vị trí tay ga, cảm biến tốc độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, cảmbiến nồng độ Oxy…Đồng thời trong bộ vi xử lý có bổ sung thêm cảm biến đo ápsuất bình chứa nhiên liệu CNG, từ đó tín hiệu được ECU xử lý phát tín hiệu điềukhiển tới vòi phun

Hệ thống phun CNG trên đường nạp cho phép cải thiện được tính năng củađộng cơ và mức độ phát ô nhiễm Khác với bộ hòa trộn, hệ thống này phun nhiênliệu dưới áp suất khoảng 5 bar Điều này cho phép cung cấp một lượng nhiên liệuchính xác theo chế độ làm việc của động cơ Mặt khác do không có họng venturinên hệ số nạp được cải thiện đáng kể Phun nhiên liệu CNG được thực hiện theophương án riêng rẽ nên giảm khả năng hồi lưu ngọn lửa vào đường nạp, cải thiệnđược sự đồng đều nhiên liệu cung cấp cho các xi lanh của động cơ Việc khống chếlưu lượng CNG nạp vào xi lanh được thực hiện nhờ bộ vi xử lí

1.3.4 Cung cấp CNG cho động cơ bằng phương pháp phun CNG trực tiếp vào buồng cháy.

Hệ thống cung cấp nhiên liệu khí CNG bằng phương pháp phun trực tiếphoạt động tương tự như hệ thống phun gián tiếp chỉ có khác là nhiên liệu được phuntrực tiếp vào trong buồng cháy của động cơ

9

34

57

ECU

Hình 1 – 4 Cung cấp khí CNG bằng phương pháp phun trực tiếp

1: Bình chứa CNG; 2: Van nạp; 3: Máy đo áp suất; 4: Lọc CNG;

5: Van 1 chiều; 6: Vòi phun CNG; 7: Bugi đánh lửa ; 8: Cuộn dây cao áp; 9: Cảm biến ô xy; 10: Cảm biến tốc độ; 11: Cảm biến nước làm mát;

12: Cảm biến bướm ga; 13: Cảm biến áp suất khí nạp; 14: Bầu lọc khí;

15: Công tắc đánh lửa; 16: Công tắc CNG; 17: Ắc quy

Phương pháp này có rất nhiều ưu điểm vì nó cho phép đồng thời làm giảmmức độ gây ô nhiễm và làm tăng tính kinh tế của động cơ Phun trực tiếp CNG vàobuồng cháy cho phép kết hợp các ưu điểm của khí thiên nhiên và quá trình cháy củahỗn hợp nghèo phân lớp Mặt khác, hệ thống phun CNG còn thừa hưởng ưu thế củanhiên liệu nén ban đầu nên không cần bơm nhiên liệu áp suất cao Động cơ có thểhoạt động không có tổn thất hệ số nạp và ở điều kiện hỗn hợp nghèo Nhược điểmchính của hệ thống này là đòi hỏi kĩ thuật chế tạo và điều chỉnh chính xác hệ thốngphun vì vậy đắt tiền

2 Giới thiệu tổng quát về ô tô INNOVA và động cơ 1TR-FE

2.1 Giới thiệu chung về ô tô INNOVA

Xe Toyota Innova là loại xe du lịch 8 chỗ ngồi Xe được trang bị động cơ đờimới 1TR-FE, khung gầm xe cứng cáp cho hiệu quả lái xe ổn định Khả năng giảmxóc và chống rung tốt tạo cảm giác thoải mái và êm dịu cho mọi hành khách trong

xe trên mọi nẻo đường

Toyota Innova có 2 loại: Innova G và Innova J

Bảng 2 – 1 Các thông số kỹ thuật của xe Innova.

Động cơ 2.0 lít (1TR-FE) 2.0lít(1TR-FE)

Bảng 2 – 2 Trọng lượng và kích thước xe

Dài x rộng x cao toàn bộ 4555mm x 1770mm x 1745mm

Bảng 2 – 3 Khung xe

Treo trước Độc lập với lò xo cuộn, đòn kép và

thanh cân bằngTreo sau 4 điểm liên kết, lò xo cuộn và tay đòn

bên

đúc

195/70R14 Thép,chụp kín

2.2 Đặc điểm tổng quát động cơ 1TR-FE.

Bảng 2 – 4 Động cơ

Loại động cơ 1TR-FE

Kiểu 4 xilanh thẳng hàng, 16 van, cam kép

Cơ cấu phối khí 16 xupap dẫn động bằng xích,có VVT-iThời điểm

Hình 2 – 1 Cách bố trí xupap, trục cam trên động cơ.

1: Con đội thủy lực; 2: Trục cam; 3:Xupap; 4: Vòi phun

Do có con đội thủy lực nên luôn duy trì khe hở xupap bằng “0” nhờ áp lựccủa dầu và lực của lò xo

+ Nắp quy lát được đúc bằng hợp kim nhôm nhẹ, các trục cam đều đượcphân bố trên đầu quy lát

+ Thân máy cũng giống các động cơ cổ điển nhưng hoàn thiện hơn Lốcmáy được chế tạo bằng thép đúc có dạng gân tăng cứng nhằm giảm rung động vàtiếng ồn

+ Piston: Được làm bằng hợp kim nhôm có kết cấu đặc biệt đỉnh piston váthình nón cụt Rãnh piston trên cùng có tráng lớp ôxit axit, phần đuôi piston cótráng nhựa

+ Sécmăng: Có 3 Sécmăng loại có ứng suất thấp secmăng khí số 1 được xử

lý PVD*, secmăng khí số 2 được mạ crôm và Sécmăng dầu

Hình 2 – 2 Cấu tạo piston, secmăng

1:Piston; 2:Secmăng khí số 1; 3:Secmăng khí số 2; 4:Secmăng dầu

Khe hở cho phép của các secmăng cho dưới bảng:

Bảng 2 – 5 Khe hở secmăng Secmăng Điều kiện tiêu chuẩn

Hình 2 – 3 Kết cấu thanh truyền

1: Thân thanh truyền; 2: Bu lông thanh truyền; 3: Nắp đầu to

+ Trục khuỷu: Có kết cấu khá đặc biệt, bên trong có đường dầu đi bôi trơncác bạc lót và cổ trục Đường kính cổ trục tiêu chuẩn: 59,981 đến 59,994mm,đường kính các cổ biên tiêu chuẩn: 52,989 đến 53,002mm

Hình 2 – 4 Kết cấu trục khuỷu

1: Rãnh then lắp đĩa xích; 2: Chốt khuỷu; 3: Lỗ dầu; 4: Má khuỷu;

5: Cổ trục chính

2.2.2 Cơ cấu phối khí.

Cơ cấu phối khí bao gồm: Cò mổ loại con lăn, cơ cấu điều chỉnh khe hở xupáp thủy lực và hệ thống VVT-i, trục cam kép DOHC 16 xupap dẫn động bằngxích

+ Cò mổ: Cò mổ loại con lăn dùng 1 vòng bi kim giúp giảm ma sát, do đó cảithiện được tính kinh tế nhiên liệu

Hình 2 – 5 Kết cấu cò mổ.

1: Ổ bi kim; 2: Cò mổ

+ Cơ cấu điều chỉnh khe hở thủy lực: Duy trì khe hở xupáp luôn bằng “0”nhờ áp lực của dầu và lực lò xo

Hình 2 – 6 Kết cấu con đội thủy lực

1: Piston đẩy; 2: Buồng áp suất thấp; 3: Đường dầu; 4: Lò xo;

5: Buồng dầu áp suất cao; 6: Lò xo van bi; 7: Van bi+ Cam quay sẽ nén bộ piston đẩy và dầu trong buồng áp suất cao

+ Khi đó cò mổ sẽ ép tới xu páp bằng cách dùng bộ điều chỉnh khe hở thủy lực làmđiểm tựa

+ Lò xo đẩy piston đẩy đi lên, van 1 chiều sẽ mở ra và dầu sẽ điền đầy vào từbuồng áp suất thấp

+ Do piston được đẩy lên, và khe hở xu páp sẽ được duy trì không đổi bằngkhông

2.2.3 Hệ thống nhiên liệu.

Hệ thống nhiên liệu động cơ 1TR-FE đóng vai trò rất quan trọng, nó khôngđơn thuần là hệ thống phun nhiên liệu, nhưng nó hợp thành một hệ thống đó là hệthống điều khiển điện tử (ECU), hệ thống đánh lửa điện tử, điều khiển tốc độ động

cơ, tạo ra sự tương trợ lẫn nhau, kim phun hoạt động như các kim phun của các xeđời mới Khả năng điều khiển tốt, công suất động cơ tăng, giảm tiêu hao nhiên liệu Lượng không khí nạp được lọc sạch khi đi qua lọc không khí và được đo bởi cảm

biến lưu lượng không khí Tỷ lệ hoà trộn được ECU tính toán và hoà trộn theo tỷ lệphù hợp nhất Có cảm biến ôxy ở đường ống xả để cảm nhận lượng ôxy dư, điềukhiển lượng phun nhiên liệu vào tốt hơn.

6

17 22

3 2

1

18 20 19

15

5

16 14

Hình 2 – 7 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 1TR-FE

1: Bình Xăng; 2: Bơm xăng điện; 3: Cụm ống của đồng hồ đo xăng và bơm;

4: Lọc Xăng; 5: Bộ lọc than hoạt tính; 6: Lọc không khí;

7: Cảm biến lưu lượng khí nạp; 8: Van điện từ; 9: Môtơ bước; 10: Bướm ga; 11: Cảm biến vị trí bướm ga; 12: Ống góp nạp; 13: Cảm biến vị trí bàn đạp ga;

14: Bộ ổn định áp suất; 15: Cảm biến vị trí trục cam;

16: Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu; 17: Ống phân phối nhiên liệu;

18: Vòi phun; 19: Cảm biến kích nổ; 20: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát;

21: Cảm biến vị trí trục khuỷu; 22: Cảm biến ôxy

2.2.4 Hệ thống kiểm soát khí xả.

Hệ thống kiểm soát khí xả giúp hạn chế lượng khí thải có hại cho con người

và môi trường.

Hình 2 – 8 Đồ thị biến thiên nồng độ các chất ô nhiễm

theo hệ số dư lượng không khí

Để giảm các chất khí có hại từ khí xả: Trước hết ta dùng bộ trung hòa khí xả(TWC) làm cho các chất độc hại CO (cacbon oxit), HC (Hiđrô cacbon) và NOx(Nitơ ôxit) phản ứng với các chất vô hại (H2O, CO2, N2) khi luồng khí xả đi qua, vớicác chất xúc tác platin, pladini, iridi, rodi Để khí xả ra ngoài môi trường không độchại đối với sức khỏe con người

TWC hoạt động tốt nhất với tỷ lệ hỗn hợp không khí nhiên liệu gần lýthuyết Vì vậy cần có hệ thống thông tin phản hồi về tỷ lệ hỗn hợp không khí nhiênliệu để giữ cho tỷ lệ này gần như tỷ lệ lý thuyết Hệ thống thông tin phản hồi về hỗnhợp không khí nhiên liệu theo dõi lượng ôxy trong khí xả bằng cách sử dụng cảmbiến ôxy gắn trong đường ống xả Khi đó lượng nhiên liệu được ECU của động cơđiều chỉnh để kiểm soát tỷ lệ hỗn hợp không khí nhiên liệu, giúp cho TWC làm việc

có hiệu quả

Đối với nhiên liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu: Nhiên liệu này được hấp thụbởi bộ lọc than hoạt tính Sau đó khi động cơ hoạt động, nhiên liệu trong bộ lọc thanhoạt tính và không khí được dẫn vào đường ống nạp để đốt cháy

2.2.5 Hệ thống xả.

Khí xả được thải ra ngoài môi trường qua ống xả

Hệ thống xả gồm: Ống góp xả và ống xả nối với nhau bằng khớp cầu Trên ống xả có các bộ trung hòa khí xả để làm cho các chất độc hại CO (cacbon oxit),

HC (Hiđrô cacbon) và NOx (Nitơ ôxit) phản ứng với các chất vô hại (H2O, CO2, N2)khi luồng khí xả đi qua, với các chất xúc tác platin, pladini, iridi, rodi Để khí xả rangoài môi trường không độc hại đối với sức khỏe con người

Hình 2 – 9 Sơ đồ hệ thống xả động cơ 1TR-FE.

1: Bộ trung hòa khí xả; 2: Bộ tiêu âm

Hệ thống bôi trơn kiểu cưỡng bức dùng để đưa dầu bôi trơn và làm mát các

bề mặt ma sát của các chi tiết chuyển động của động cơ

Hệ thống bôi trơn gồm: Bơm dầu, bầu lọc dầu, cácte dầu, các đường ống dầu sẽ từ cácte được hút bằng bơm dầu, qua lọc dầu, vào các đường dầu dọc thânmáy vào trục khuỷu, lên trục cam, từ trục khuỷu vào các bạc biên, theo các lỗ phunlên thành xylanh, từ trục cam vào các bạc trục cam, rồi theo các đường dẫn dầu tựchảy về cácte

2.2.8 Hệ thống đánh lửa.

Hệ thống đánh lửa được điều khiển bằng điện tử ECU đánh lửa trực tiếp.Mỗi xylanh có một bugi loại đầu dài và một cuộn dây đánh lửa được điều khiểnbằng mạch bán dẫn dùng transitor Hệ thống đánh lửa điện tử luôn luôn gắn liền với

hệ thống phun nhiên liệu, nó điều khiển tia lửa, góc đánh lửa luôn phù hợp với gócphun của nhiên liệu nhờ các cảm biến để thực hiện quá trình đốt cháy tốt hơn vànhiên liệu được cháy hoàn toàn, ít tốn nhiên liệu, tăng công suất động cơ, chất thải

ít độc hại

Hình 2 – 11 Sơ đồ hệ thống đánh lửa động cơ 1TR-FE

1: Cầu chì dòng cao; 2: Khóa điện; 3: Cầu chì; 4: Cuộn đánh lửa số 1; 5: Cuộn đánh lửa số 2; 6: Cuộn đánh lửa số 3; 7: Cuộn đánh lửa số 4;

8: Bọc chống nhiễu; 9: Cảm biến vị trí trục khuỷu; 10: Cảm biến vị trí trục cam;

11: Bộ lọc ồn

ECU căn cứ vào tín hiệu nhận được từ cảm biến vị trí trục khuỷu và căn cứvào góc đánh lửa cơ sở đã ghi sẵn trong bộ nhớ cũng như trong các thông số hiệuchỉnh để xác định góc đánh lửa sớm cho động cơ Việc tạo ra các tín hiệu dạngxung để cung cấp dòng điện cho cuộn dây đánh lửa được lập trình sẵn để các cuộndây cung cấp dòng điện trong thời gian định mức trước với giá trị tính toán để đảmbảo cho:

Từ thông sinh ra trong các cuộn dây đạt giá trị lớn nhất, đảm bảo cuộn dây

đủ năng lượng để đánh lửa

Điều khiển sự phát ra và chấm dứt tia lửa được ECU tính toán sau khi các dữliệu được nhập vào bởi:

+ Tốc độ động cơ.

+ Cảm biến vị trí trục khuỷu

+ Cảm biến vị trí trục cam

+ Cảm biến nhiệt độ động cơ

+ Cảm biến vị trí bướm ga

Hình 2 – 12 Kết cấu máy khởi động

1: Bánh răng máy khởi động; 2: Cuộn giữ; 3: Cuộn đẩy; 4: Vành tiếp điểm;

5: Ắc quyKhi người lái đóng khóa điện, dòng điện sẽ đi vào cuộn đẩy mà lõi thép của

nó được nối với cần gạt Cuộn dây có điện trở thành nam châm hút lõi thép sangphải, đồng thời làm quay cần gạt dịch chuyển bánh răng truyền động vào ăn khớpvới bánh đà Khi bánh răng của khớp truyền động đã vào ăn khớp với bánh đà, thìvành tiếp điểm cũng nối các tiếp điểm, đưa dòng điện vào các cuộn dây của máykhởi động Máy khởi động quay, kéo trục khuỷu của động cơ quay theo Khi động

cơ đã nổ thì người lái nhả khóa điện, các chi tiết trở về trạng thái ban đầu dưới tácdụng của lò xo hồi vị

2.2.10 Hệ thống nạp.

Hệ thống nạp dùng một bộ điều áp để điều chỉnh điện mà nó tạo ra bỡi sựquay của cuộn dây rôto và nạp điện vào ắc quy

Hình 2 – 13 Sơ đồ hệ thống nạp động cơ 1TR-FE.

1: Máy phát ; 2: Bộ tiết chế; 3,7: Cầu chì; 4: Đèn báo nạp; 5: Khóa điện;

6,8,9: Cầu chì dòng cao; 10: Cuộn Stato; 11: Cuộn dây Rôto

3 Thiết kế tổng quát hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên

ô tô INNOVA.

3.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CNG

Ta sử dụng nhiên liệu CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA theokiểu hệ thống nhiên liệu lỏng và CNG song song là hệ thống nhiên liệu sử dụng cảhai nhiên liệu vừa xăng vừa CNG độc lập

Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu xăng và CNG song song

+ Ưu điểm: Có khả năng dự trữ năng lượng trên động cơ lớn hơn so với hệthống nhiên liệu lỏng hoặc hệ thống nhiên liệu CNG đơn Khắc phục được tìnhtrạng tiếp nhiên liệu do sự hạn chế về cơ sở hạ tầng của CNG

+ Nhược điểm: Cấu tạo động cơ trở nên phức tạp, rất khó khăn trong việc bốtrí, lắp đặt hệ thống nhiên liệu mới Khó khăn trong việc vận hành, bảo trì, sửa chữađộng cơ

17 22

3 2

1

18 20 19

15

5

16 14

Hình 3 – 1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu xăng động cơ 1TR-FE

1: Bình Xăng; 2: Bơm xăng điện; 3: Cụm ống của đồng hồ đo xăng và bơm; 4: Lọc Xăng; 5: Bộ lọc than hoạt tính; 6: Lọc không khí;

7: Cảm biến lưu lượng khí nạp; 8: Van điện từ; 9: Môtơ bước; 10: Bướm ga; 11: Cảm biến vị trí bướm ga; 12: Ống góp nạp; 13: Cảm biến vị trí bàn đạp ga;

14: Bộ ổn định áp suất;15: Cảm biến vị trí trục cam;

16: Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu; 17: Ống phân phối nhiên liệu;

18: Vòi phun; 19: Cảm biến kích nổ; 20: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát;

21: Cảm biến vị trí trục khuỷu; 22: Cảm biến ôxy

2 1

3 4

5 6 7

8

11 9

Hình 3 – 2 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CNG trên động cơ 1TR-FE

1: Bình chứa; 2: Van bình chứa; 3: Van nạp; 4: Đồng hồ đo áp suất;

5: Van điện từ; 6: Bộ giảm áp; 7: Đường vào nước làm mát;

8: Đường ra nước làm mát; 9: Van điện từ bộ giảm áp;

10: Đường cấp khí cho mạch không tải; 11: Đường cấp khí cho mạch chính; 12: Vít điều chỉnh tiết diện lỗ nạp chính; 13: Không khí nạp từ bầu lọc;

14: Ziclơ mạch công suất; 15: Bộ hòa trộn; 16: Van công suất; 17: Bướm ga; 18: Ống góp nạp; 19: Van không tải; 20: Vít điều chỉnh không tải;

21: Thiết bị điều khiển CNG; 22: Đồng hồ báo mức nhiên liệu CNG;

23: Tín hiệu từ công tắc chuyển đổi;24: Tín hiệu từ cảm biến hành trình bàn đạp ga

Trong hệ thống nhiên liệu này, ta không tháo bỏ hệ thống nhiên liệu cũ màchỉ cần lắp đặt thêm hệ thống nhiên liệu CNG mới Các bộ phận lắp đặt thêm : Bìnhchứa nhiên liệu CNG, bộ giảm áp, bộ hòa trộn, đường ống dẫn nhiên liệu CNG, cácvan vận hành, đồng hồ hiển thị, thiết bị điều khiển cung cấp CNG…

Trên đường nạp của động cơ ta lắp thêm bộ hòa trộn trước bướm ga dùng đểhòa trộn không khí với nhiên liệu khí CNG trước khi đưa vào động cơ

Khi thiết bị điều khiển nhận tín hiệu từ công tắc chuyển đổi sang sử dụngnhiên liệu CNG, thiết bị điều khiển tạo ra một dòng điện làm mở van điện từ (5)cho CNG nén từ bình chứa áp suất cao đến bộ giảm áp (6), tại bộ giảm áp (6) ápsuất nhiên liệu được giảm xuống giá trị làm việc và được cấp cho đường nạp động

+ Hệ thống cung cấp chính: Nhiên liệu từ bộ giảm áp (6) theo đường ống dẫnnhiên liệu (11) cấp cho động cơ theo hai mạch:

- Mạch cung cấp chính

- Mạch công suất

Trong đó, mạch công suất làm việc tuỳ thuộc vào sự đóng mở của van côngsuất (16) và được điều khiển bởi bộ điều khiển CNG (21) thông qua cảm biến vị tríbàn đạp ga (24) Van công suất (16) bắt đầu mở khi đạt 80% hành trình bàn đạp ga.Trên mạch cung cấp chính có tiết lưu (12) dùng để điều chỉnh lượng nhiên liệu cungcấp vào cho động cơ

+ Hệ thống không tải: Kết cấu của bộ giảm áp có mạch không tải cấp vàocùng mạch chính Nhưng trong quá trình làm việc ta không sử dụng mạch không tảisẵn có này Ta điều chỉnh vít không tải trên bộ giảm áp để đóng hoàn toàn mạchkhông tải có sẵn này lại Ta thiết kế mạch không tải hoạt động riêng Nhiên liệu từ

bộ giảm áp (6) qua van điện từ (9) theo đường ống dẫn nhiên liệu (10) đến vankhông tải (19) đến tiết lưu không tải (20) cấp vào đường ống nạp ở phía sau bướm

ga để cung cấp cho động cơ Mạch nhiên liệu không tải làm việc dựa vào sự đóng

mở của van không tải (19), van điện từ được điều khiển bởi bộ điều khiển hệ thốngnhiên liệu CNG (21) thông qua công tắc chuyển đổi (23) Van điện từ (9) sẽ đượcđóng lại khi tắt chế độ chạy CNG

3.2 Các bộ phận chính của hệ thống cung cấp khí CNG

3.2.1 Bình chứa CNG.

CNG thông thường được nén trong bình chứa ở áp suất khoảng 220 bar, bìnhchứa dạng hình trụ và hai đầu hình bán cầu, thể tích 57 lít, vỏ bình chứa được chếtạo bằng thép dày (4-5) mm, bình chứa phải chịu được áp suất thử nghiệm 600 bar

để đề phòng nổ vỡ trong trường hợp nó bị sấy nóng (khi bị hỏa hoạn chẳng hạn ).Điều này làm giảm khả năng chứa cực đại của bình

Hình 3 – 3 Bình chứa CNG

Bảng 3 – 1 Thông số kỹ thuật bình chứa CNG

Tên thông số Giá trị Thứ nguyên

Áp suất làm việc 220 Kg/cm2

Áp suất cực đại 400 Kg/cm2Kết nối xilanh PT3/4

3.2.2 Van bình chứa.

Van bình chứa cho phép nạp và cấp CNG cho hệ thống, đồng thời trên van

có lắp van an toàn để bảo vệ cho bình chứa và hệ thống khi sảy ra sự cố, ví dụ như

bị va đập áp suất tăng van an toàn 1 bật ra Khi bình bị đốt nóng, Trong van an toàn

có đĩa cháy làm bằng chì sẽ chảy ra cho CNG thoát ra ngoài

A-A

7 6

Hình 3 – 4 Kết cấu van bình chứa

1: Đường nạp CNG vào bình chứa; 2: Đế chặn trên; 3: Van điều khiển bằng tay;

4 Đường cấp CNG; 5: Thân van; 6: Đầu nối với bình chứa; 7: Đế van;

8: Đế chặn dưới; 9: Đường ống CNG đến van an toàn; 10: Van an toàn;

11: Đĩa cháy; 12: Cần điều khiển van bằng tay; 13: Vòng làm kín

Bảng 3 – 2 Thông số kỹ thuật của van bình chứa

Bộ bảo vệ cách li từ đĩa cháy 110 oc

3.2.3 Van nạp.

Van nạp có tác dụng mở thông bình để nạp CNG vào bình một cách nhanhnhất, đồng thời không cho nạp thêm CNG vào bình khi áp suất trong bình vượt quá

áp suất làm việc của bình

Van an toàn có tác dụng đảm bảo an toàn cho bình khi áp suất trong bìnhtăng cao quá giới hạn cho phép Nếu vì một lý do nào đó áp suất trong bình tăng cao

ra ngoài không khí làm áp suất và nhiệt độ trong bình giảm xuống bảo đảm bìnhchứa không bị sự cố như nổ, vỡ khi áp suất trong bình tăng cao.

13

9

6 7

11 12

9: Đai ốc điều chỉnh; 10: Lò xo van an toàn; 11: Đế chặn;

12: Van điều khiển bằng tay; 13: Đế chặn dưới; 14: Thân van;

15: Đường cấp CNG đến van bình chứa

Bảng 3 – 3 Thông số kỹ thuật của van nạp

Van điện từ hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ, khi ta bật công tắcchuyển nhiên liệu sang sử dụng nhiên liệu CNG sẽ xuất hiện dòng điện chạy quacuộn cảm, gây ra hiện tượng cảm ứng điện từ điều khiển các chi tiết của van, mởvan cho CNG thoát ra và khi ngắt dòng điện dưới áp lực của lò xo van sẽ đóng lại

321

Hình 3 – 6 Kết cấu van điện từ

1: Đường CNG vào; 2: Đế van; 3: Lò xo nén; 4: Chốt dẫn hướng

5: Cuộn dây van; 6: Vòng làm kín; 7: Đường CNG ra

Bảng 3 – 4 Thông số kỹ thuật của van điện từ

Lượng áp suất làm việc 200 Kg/cm2 ở 10v

Nhiệt độ làm việc -30o ~ 120o oc

Giá trị điện áp làm việc DC12 V

Ở chế độ khởi động và không tải, bướm ga gần như đóng kín, lúc này độchân không tại họng khuếch tán rất nhỏ nên độ chênh áp giữa buồng D và buồng F(thông với khí trời) của bộ giảm áp không đủ để mở van áp suất thấp (23) nên lúcnày mạch cung cấp chính chưa làm việc Do bướm ga gần như đóng kín làm cho độchân không phía sau bướm ga lớn Độ chân không này sẽ làm mở van không tải hútnhiên liệu từ buồng C của bộ giảm áp theo đầu ra mạch không tải (18) cấp cho động

cơ

Khi động cơ chuyển từ chế độ không tải sang có tải thì cánh bướm ga dần

mở ra làm cho độ chân không phía sau cánh bướm ga giảm dần không đủ để mởvan không tải, do đó mạch không tải không hoạt động Độ chân không tại họngkhuyếch tán tăng lên Do độ chân không tại họng tăng lên nên tạo ra độ chênh ápgiữa khoang D và khoang F (thông với khí trời) Độ chênh áp này sẽ tạo nên lực đẩymàng buồng áp suất thấp (24) đi lên làm mở van áp suất thấp (23), nhiên liệu khíCNG từ buồng C qua ống dẫn (19) vào buồng D Áp suất trong buồng D giảm đến

(0,8 ÷ 1,5 bar) rồi đi vào động cơ Khi lưu lượng qua van áp suất thấp (23) cấp chođộng cơ lớn hơn lượng khí lưu thông giữa buồng B và buồng C của bộ giảm áp sẽlàm áp suất buồng C giảm xuống Tạo độ chênh áp giữa buồng C và buồng B làmcho màng thứ cấp dịch chuyển lên trên kéo theo làm mở van có tải (13) Một phầnCNG lưu thông từ buồng B qua van có tải (13) vào buồng D đi đến bộ hòa trộn tạohỗn hợp với không khí đi vào động cơ ở hành trình nạp

Khi động cơ hoạt động từ tải nhỏ đến tải lớn rồi đầy tương ứng với cánhbướm ga dần dần mở to, làm cho độ chân không ở họng khuyếch tán tăng lên, van

có tải dịch chuyển lên trên làm mở rộng tiết diện lưu thông khí CNG, đảm bảo cungcấp lượng CNG cần thiết tạo khí hỗn hợp đưa vào động cơ

1

14 13 12 11

15 16

17 18

25 24

23

2

3 E

F D

C B

A

Hình 3 – 7 Kết cấu bộ giảm áp

1: Đầu CNG vào; 2: Đầu nối với buồng giảm áp; 3: Phớt làm kín; 4: Đế van;

5: Piston; 6: Chốt đẩy; 7: Chốt quay; 8: Màng áp suất cấp 1;

9: Lò xo điều chỉnh áp suất; 10: Đai ốc; 11: Lỗ thông khoang A và B;

12: Màng áp suất cấp 2; 13: Đế van có tải; 14: Lò xo van có tải;

15: Lò xo van an toàn; 16: Van an toàn; 17: Đế van điện từ;

18: Đầu ra đường không tải; 19: Ống nối khoang C với khoang D;

20: Lỗ không tải; 21: Buồng chứa nước làm mát; 22: Vít điều chỉnh không tải;

23: Van buồng áp suất thấp; 24: Màng buồng áp suất thấp;

25: Lỗ thông với khí quyển; 26: Bích lắp bộ giảm áp lên xe;

27: Cần mở van áp suất thấp;

Bảng 3 – 5 Thông số kỹ thuật của bộ giảm áp

6: Lỗ phun nhiên liệu vào họng khuếch tán;

7: Lỗ CNG vào bộ hòa trộn của mạch công suất

Cấu tạo của bộ hoà trộn gồm có 2 phần:

+ Thân bộ hoà trộn

+ Họng khuếch tán

Thân và họng của bộ hoà trộn được lắp với nhau bằng mối ghép lắp chặt.Trên thân của bộ hoà trộn ta gia công hai lỗ ren M12 để lắp ghép van công suất vàtiết lưu của mạch chính Ngoài ra ta còn gia công 3 lỗ ren để định vị bộ hoà trộn vớiđường ống nạp của động cơ

1

23

6

8

109

125

114

Hình 3 – 9 Bản lắp ghép của bộ hoà trộn với đường ống nạp

1: Van công suất; 2: Đai ốc hãm của van công suất; 3: Vòng kẹp; 4: Bộ hoà trộn; 5: Lỗ phun nhiên liệu; 6: Bọng chứa CNG; 7: Cổ bầu lọc không khí;

8: Đai ốc hãm của tiết lưu; 9: Vít côn; 10: Tiết lưu; 11: Ống nạp;

12: Lỗ định vị bộ hoà trộn

3.2.7 Cơ cấu tiết lưu.

Cơ cấu tiết lưu có nhiệm vụ hạn chế dòng nhiên liệu của mạch cung cấpchính trước khi cấp vào họng khuếch tán

R6 24

Hình 3 – 10 Kết cấu tiết lưu

1: Đầu vào của dòng nhiên liệu; 2: Đai ốc hãm; 3: Vít điều chỉnh;

4: Rãnh điều chỉnh; 5: Đầu nhiên liệu vào bộ hòa trộn

Đầu vít điều chỉnh có dạng côn, dạng này cho phép cung cấp nhiên liệu có đường cong dạng phi tuyến phù hợp với đường đặc tính nhiên liệu của động cơ

3.2.8 Van công suất.

Van công suất có nhiệm vụ đóng mở mạch công suất của hệ thống nhiên liệuCNG Van công suất hoạt động dưới sự điều khiển của mạc điều khiển CNG thôngqua tín hiệu nhận từ cảm biến vị trí bàn đạp ga Van công suất được mở khi bướm

ga đạt 80% độ mở

765

34

2

1

Hình 3 – 11 Kết cấu van công suất

1: Đầu nối với bộ hoà trộn; 2: Đầu vào của van; 3: Vòng làm kín; 4: Cuộn dây van;

5: Chốt dẫn hướng; 6: Lò xo van; 7: Đế van

Bảng 3 – 6 Thông số kỹ thuật của van công suất

Nhiệt độ làm việc -30o ~ 120o oc