Thiết lập mô hình hệ thống nhiên liệu tranh bị bơm cao áp kiểu phân phối sử dụng trên động cơ ô tô tải nhẹ phục vụ đào tạo

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

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

-

LÝ MINH HIẾU PHẠM LÊ NGỌC TÍN

53.CNOT

ĐỀ TÀI : “THIẾT LẬP MÔ HÌNH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRANG BỊ BƠM CAO ÁP KIỂU PHÂN PHỐI SỬ DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ TẢI NHẸ PHỤC VỤ ĐÀO TẠO”

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ

NHA TRANG - Tháng 6 , năm 2015

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

-

LÝ MINH HIẾU PHẠM LÊ NGỌC TÍN

53.CNOT

ĐỀ TÀI : “THIẾT LẬP MÔ HÌNH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRANG BỊ BƠM CAO ÁP KIỂU PHÂN PHỐI SỬ DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ TẢI NHẸ PHỤC VỤ ĐÀO TẠO”

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ

Cán bộ hướng dẫn : TS LÊ BÁ KHANG

NHA TRANG - Tháng 6, năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân

thành đến Thầy TS Lê Bá Khang đã dành thời gian quý báu, tận tình giúp đỡ, góp

ý và chỉ bảo những thiếu xót cho chúng em trong suốt thời gian thực hiện

Xin gửi lời cảm ơn đến GV Phạm Tạo đã giúp đỡ chúng em Cảm ơn cơ sở cân Heo béc HUY DŨNG ( 36 Lê Hồng Phong – Nha Trang – Khánh Hòa ) đã hỗ

trợ chúng em trong thời gian thực nghiệm đồ án

Cuối cùng, nhóm chúng em xin gửi đến Thầy cô lời chúc sức khỏe, hạnh phúc và thành công trong công tác giảng dạy và nghiên cứu khoa học

Xin chân thành cảm ơn

Nhóm sinh viên thực hiện

Lý Minh Hiếu Phạm Lê Ngọc Tín

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ

DIESEL 1

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 hệ 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 4

1.2.2.4 Quy luật phun nhiên liệu 6

1.3 Các bộ phận cơ bản trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 8

1.3.1 Thùng nhiên liệu 8

1.3.2 Bơm thấp áp 9

1.3.3 Lọc nhiên liệu 11

1.3.4 Ống dẫn nhiên liệu 13

1.3.5 Bơm cao áp 13

1.3.6 Vòi phun nhiên liệu 16

1.3.6.1 Vòi phun hở 17

1.3.6.2 Vòi phun kín 18

1.4 Phân loại hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 20

1.4.1 Theo phương pháp phun nhiên liệu vào động cơ 20

1.4.1.1 Hệ thống phun nhiên liệu bằng khí nén 20

1.4.1.2 Hệ thống phun nhiên liệu bằng thủy lực 21

1.4.2 Theo phương pháp tạo và duy trì áp suất phun 21

1.4.2.1 Phương pháp phun nhiên liệu trực tiếp 21

1.4.2.2 Phương pháp phun nhiên liệu gián tiếp 22

1.4.3 Theo phương pháp định lượng nhiên liệu 22

1.4.3.1 Hệ thống nhiên liệu điều chỉnh bằng cam dọc 22

1.4.3.2 Hệ thống nhiên liệu điều chỉnh bằng cách tiết lưu 23

1.4.3.3 Hệ thống nhiên liệu điều chỉnh bằng rãnh chéo trên piston 24

1.4.3.4 Hệ thống nhiên liệu điều chỉnh bằng khâu phân lượng 26

1.5 Phương pháp tổ hợp các thành tố của hệ thống 26

1.5.1 Hệ thống nhiên liệu với BCA kiểu piston – xylanh loại đơn (PF) 26

1.5.2 Hệ thống nhiên liệu với BCA kiểu piston – xylanh loại cụm (PE) 27

1.5.3 Hệ thống nhiên liệu với BCA – Vòi phun liên hợp 28

1.5.4 Hệ thống nhiên liệu với BCA kiểu phân phối 29

1.5.5 Hệ thống nhiên liệu trang bị điều khiển điện tử Common rail 31

1.5.5.1 Đặc điểm 32

1.5.5.2 Ưu điểm 33

1.5.5.3 Nhược điểm 34

1.5.5.4 Ứng dụng 34

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 36

2.1 Mục đích, yêu cầu của mô hình 36

2.1.1 Mục đích 36

2.1.2 Yêu cầu 36

2.2 Các phương án thiết lập mô hình 36

2.3 Phân tích các phương án và lựa chọn 37

2.3.1 Phân tích 37

2.3.2 Chọn phương án 40

2.4 BCA lựa chọn trang bị trên mô hình 40

2.4.1 Cơ sở chọn BCA VE trang bị cho mô hình 40

2.4.2 Đặc điểm kết cấu BCA phân phối VE 40

2.4.3 Nguyên lý làm việc BCA VE 42

2.4.4 Các cơ cấu trong BCA phân phối VE 43

2.4.4.1 Cơ cấu chuyển vận và điều áp 43

2.4.4.2 Cơ cấu định lượng 46

2.4.4.3 Cơ cấu phân phối và phun nhiên liệu 48

2.4.4.4 Cơ cấu bộ điều tốc 53

2.4.4.5 Cơ cấu phun dầu sớm tự động 58

2.4.4.6 Cơ cấu truyền động 61

CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MÔ HÌNH, THỬ NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC TẬP 64

3.1 Xây dựng các bài thực tập 64

3.1.1 Thực tập trên mô hình BCA cắt bổ 64

3.1.1.1 Bài 1: Tìm hiểu cấu tạo từng bộ phận, chi tiết, nguyên lý hoạt động của BCA trên mô hình BCA cắt bổ 64

3.1.1.2 Bài 2: Tháo lắp, đo kiểm BCA 69

3.1.2 Thực tập trên mô hình BCA hoạt động 76

3.1.2.1 Bài 1: Tìm hiểu tổng thể mô hình 76

3.1.2.2 Bài 2: Kiểm tra chất lượng phun và điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp 80

3.1.2.3 Bài 3: Kiểm tra áp suất chuyển 82

3.1.2.3 Bài 4: Kiểm tra điều chỉnh góc phun sớm 83

3.2 Thiết kế, chế tạo mô hình 85

3.2.1 BCA phân phối đã phân tích, lựa chọn tại mục 2.4 chương 2 85

3.2.2 Chọn động cơ điện dẫn động BCA 86

3.2.3 Thiết kế, chế tạo khung bàn 87

3.2.3.1 Các phương án thiết kế khung bàn 87

3.2.3.2 Chọn phương án thiết kế 89

3.2.3.3 Kích thước khung bàn 89

3.2.3.4.Tính toán khung bàn 89

3.3 Thiết kế puly truyền động động cơ điện và BCA 97

3.4 Chọn đường ống dẫn nhiên liệu 110

3.5 Chọn ống đo lưu lượng nhiên liệu 110

3.6 Lựa chọn các thiết bị khác 111

3.6.1 Đồng hồ đo áp suất cao áp 111

3.6.2 Thùng chứa nhiên liệu 112

3.7 Chế tạo 113

3.7.1 Bản vẽ chế tạo 113

3.7.2 Thiết bị chế tạo 113

3.7.3 Công nghệ - qui trình chế tạo 114

3.7.4 Kiểm tra chất lượng sản phẩm 115

3.7.4.1 Yêu cầu về độ bền 115

3.7.4.2 Yêu cầu về an toàn và thẩm mỹ 115

3.7.4.3 Yêu cầu về tính năng di chuyển 115

3.8 Thiết kế giá gắn BCA 116

3.9 Thử nghiệm và điều chỉnh 116

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 119

4.1 Kết luận 119

4.2 Đề xuất 119

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Ảnh hưởng của góc phun sớm nhiên liệu đến một số thông số công tác

động cơ diesel 5

Hình 1.2 Ảnh hưởng của quy luật phun nhiên liệu đến đồ thị công chỉ thị động cơ diesel 8

Hình 1.3 Thùng chứa nhiên liệu 9

Hình 1.4 Bơm thấp áp kiểu piston 9

Hình 1.5 Bơm thấp áp kiểu bánh răng 10

Hình 1.6 Bơm thấp áp kiểu cánh gạt 10

Hình 1.7 Bình lọc thô nhiên liệu 11

Hình 1.8 Bình lọc tinh nhiên liệu 12

Hình 1.9 Ống dẫn nhiên liệu cao áp 13

Hình 1.10 Bơm cao áp động cơ diesel loại Bosch cổ điển 14

Hình 1.11 Chu trình công tác của BCA Bosch cổ điển 15

Hình 1.12 Vòi phun nhiên liệu 17

Hình 1.13 Vòi phun hở 17

Hình 1.14 Vòi phun kín tiêu chuẩn 18

Hình 1.15 Vòi phun kín loại van 19

Hình 1.16.Vòi phun có chốt trên kim 19

Hình 1.17 Phần đầu của vòi phun có chốt trên kim 20

Hình 1.18 Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu bằng không khí nén 21

Hình 1.19 BCA điều chỉnh bằng cam dọc 23

Hình 1.20 Bơm cao áp điều chỉnh bằng van tiết lưu 24

Hình 1.21 Cấu tạo cặp piston - xylanh có rãnh chéo trên piston loại BCA Bosch 25

Hình 1.22 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu sử dụng bơm cao áp đơn PF 27

Hình 1.23 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu với BCA PE 28

Hình 1.24 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu với BCA - Vòi phun liên hợp 29

Hình 1.25 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu bơm cao áp phân phối loại CAV-DPA 30

Hình 1.26 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử Common rail 34

Hình 1.27 Sơ đồ nguyên lý điều khiển phun nhiên liệu hệ thống nhiên liệu điều

khiển điện tử Commonn rail 35

Hình 2.1 Mô hình với BCA phân phối được cắt bổ kèm theo sơ đồ nguyên lý (đề xuất) 37

Hình 2.2 Mô hình với BCA phân phối và các cụm chi tiết có thể hoạt động bình thường (đề xuất) 38

Hình 2.3 Mô hình BCA phân phối kết hợp cả cắt bổ và hoạt động (đề xuất) 39

Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo bơm cao áp phân phối VE loại cơ khí 41

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý làm việc BCA phân phối VE 42

Hình 2.6 Cấu tạo bơm chuyển nhiên liệu 43

Hình 2.7 Van điều áp 44

Hình 2.8 Đường dầu hồi 45

Hình 2.9 Cấu tạo và nguyên lý làm việc van điện từ 46

Hình 2.10 Hành trình có ích theo chiều tăng lượng cung cấp nhiên liệu 47

Hình 2.11 Hành trình có ích theo chiều giảm lượng cung cấp nhiên liệu 47

Hình 2.12 Cấu tạo đầu phân phối 48

Hình 2.13 Cấu tạo đầu cao áp 49

Hình 2.14 Cấu tạo van cao áp 49

Hình 2.15 Nguyên lý làm việc can cao áp 50

Hình 2.16 Cấu tạo piston phân phối 51

Hình 2.17 Quá trình hút nhiên liệu 52

Hình 2.18 Quá trình nén và cung cấp nhiên liệu 52

Hình 2.19 Quá trình kết thúc cung cấp nhiên liệu 52

Hình 2.20 Cấu tạo bộ điều tốc 54

Hình 2.21 Bộ điểu tốc làm việc ở chế độ khởi động 55

Hình 2.22 Bộ điểu tốc làm việc ở chế độ không tải 55

Hình 2.23 Bộ điểu tốc làm việc ở chế độ tải trung bình 56

Hình 2.24 Bộ điểu tốc làm việc ở chế độ toàn tải 57

Hình 2.25 Bộ điểu tốc làm việc ở chế độ tốc độ tối đa 57

Hình 2.26 Cấu tạo bộ phun dầu sớm tự động 58

Hình 2.27 Nguyên lý làm việc của bộ phun dầu tự động 59

Hình 2.28 Cấu tạo bộ điều khiển phun sớm theo tải 60

Hình 2.29 Nguyên lý làm việc của bộ điều khiển phun sớm theo tải 61

Hình 2.30 Cấu tạo và vị trí lắp ghép các bộ phận truyền động 62

Hình 3.1 Cụm, bộ phận chuyển vận và điều áp 64

Hình 3.2 Bơm cấp nhiên liệu 65

Hình 3.3 Mô phỏng hoạt động bơm cấp nhiên liệu và van điều áp 65

Hình 3.4 Van định lượng cắt nhiên liệu 65

Hình 3.5 Cụm, bộ phận phân phối và phun nhiên liệu 66

Hình 3.6 Đầu phân phối nhiên liệu 66

Hình 3.7 Cụm con lăn, đĩa cam và piston phân phối 66

Hình 3.8 Cụm bộ điều tốc trên mô hình BCA cắt bổ 67

Hình 3.9 Cụm bộ phận phun dầu sớm tự động 67

Hình 3.10 Mô phỏng hoạt động bộ phun dầu sớm tự động 68

Hình 3.11 Cụm truyền động 68

Hình 3.12 Bộ phận truyền động 69

Hình 3.13 Mô phỏng nguyên lý, kết cấu hoạt BCA VE 69

Hình 3.14 Đồng hồ đo áp suất và vòi phun tại mỗi vòi phun 77

Hình 3.15 Vị trí lọc và thùng nhiên liệu 77

Hình 3.16 Vị trí động cơ điện và bộ phận dẫn động BCA 78

Hình 3.17 Vị trí đặt BCA 78

Hình 3.18 Vị trí công tắc điều khiển 79

Hình 3.19 Sơ đồ mạch điện 79

Hình 3.20 Kiểm tra chùm tia phun nhiên liệu 80

Hình 3.21 Sơ đồ lắp BCA lên băng thử 81

Hình 3.22 Vị trí đai ốc điều chỉnh lượng nhiên liệu 81

Hình 3.23 Điều chỉnh áp lực bơm chuyển 83

Hình 3.24 Dụng cụ đo hành trình piston của bộ tự động điều chỉnh phun sớm 84

Hình 3.25 Lắp dụng cụ đo lên BCA 84

Hình 3.26 Các chi tiết điều chỉnh bộ tự động điều chỉnh phun sớm 85

Hình 3.27 Bơm cao áp phân phối VE 86

Hình 3.28 Động cơ điện dẫn động BCA 87

Hình 3.29 Khung bàn dạng đứng 87

Hình 3.30 Khung bàn dạng bảng bên hông và một nửa bảng đứng 88

Hình 3.31 Kích thước khung bàn thiết kế dự kiến 89

Hình 3.32 Giao diện chính của Sap 2000 91

Hình 3.33 Hệ thống lưới trong chương trình Sap 2000 91

Hình 3.34 Đặt thuộc tính cho vật liệu 92

Hình 3.35 Định nghĩa loại tiết diện 93

Hình 3.36 Đặt thuộc tính cho tiết diện 93

Hình 3.37 Gán tải trọng lên dầm 94

Hình 3.38 Khai báo bậc tự do 94

Hình 3.39 Xây dựng khung bàn tính toán trong Sap 2000 96

Hình 3.40 Giá trị nối lực tác dụng lên khung bàn 96

Hình 3.41 Biểu đồ mô men tác dụng lên khung bàn 97

Hình 3.42 Sơ đồ tiết diện đai 99

Hình 3.43 Kích thước bánh đai thang 103

Hình 3.44 Ống dẫn nhiên liệu cao áp 110

Hình 3.45 Ống đo lưu lượng nhiên liệu 111

Hình 3.46 Đồng hồ đo áp suất cao áp 111

Hình 3.47 Thùng chứa nhiên liệu 112

Hình 3.48 Bản vẽ chế tạo khung bàn 113

Hình 3.49 Máy hàn 114

Hình 3.50 Máy cắt 114

Hình 3.51 Khung bàn trong quá trình chế tạo 115

Hình 3.52 Giá gắn BCA 116

Hình 3.53 Mô hình hoàn chỉnh sau thử nghiệm và điều chỉnh 118

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Giá trị thông số động - động lực học của hệ truyền dẫn khi nlv = 1000

(v/ph) 99 Bảng 3.2 Thông số tiết diện đai 99 Bảng 3.3 Kích thước bánh đai thang 103 Bảng 3.4 Giá trị thông số động - động lực học của hệ truyền dẫn khi nlv = 800

(v/ph) 105 Bảng 3.5 Thông số tiết diện đai 105 Bảng 3.6 Kích thước bánh đai thang 109

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

HHC: Hỗn hợp cháy

MCCT: Môi chất công tác

BCA: Bơm cao áp

HTPNL: Hệ thống phun nhiên liệu

ECU: Bộ điều khiển điện tử

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, nước ta đang trên đà phát triển, thực hiện tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Do đó, nhu cầu về đi lại và vận chuyển hàng hóa ngày càng được nâng cao cả về chất lượng lẫn số lượng Chính vì thế mà Ô tô là một trong những phương tiện giao thông không thể thiếu đối với việc phát triển kinh tế - xã hội của đất nước Cùng với sự phát triển không ngừng của Khoa học kỹ thuật, tính năng Động cơ đốt trong ngày càng được nâng cao, sản xuất và ứng dụng rộng rãi Chúng thực sự đóng vai trò tích cực và to lớn trong sự phát triển của đất nước và là động lực chủ yếu của thế giới trên mọi lĩnh vực như : Vận tải, xây dựng v v Với mục đích cũng cố kiến thức cơ bản đã được học, nâng cao kiến thức và kỹ năng chuyên ngành để ứng dụng vào thực tế cuộc sống, chúng em đã chọn và được

Bộ môn Kỹ thuật ô tô, khoa Kỹ thuật giao thông giao đồ án tốt nghiệp với nội dung:

“ Thiết lập mô hình hệ thống nhiên liệu trang bị bơm cao áp kiểu phân phối sử dụng trên động cơ ô tô tải nhẹ phục vụ đào tạo”

Nội dung đồ án bao gồm các nội dung chính sau:

1 Cơ sở lý thuyết và đặc điểm của hệ thống nhiên liệu với bơm cao áp kiểu phân phối

2 Phân tích, lựa chọn phương án

3 Thiết lập mô hình, thử nghiêm và xây dựng các bài thực tập

4 Kết luận và đề xuất

Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, chúng em đã cố gắng tìm kiếm tài liệu, tiếp cận thực tế để gia công, chế tạo mô hình Do kiến thức và kinh nhiệm bản thân còn hạn chế lại thêm thời gian ngắn nên trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em kính mong Quí Thầy góp ý, chỉ bảo để đề tài đạt chất lượng tốt nhất

Nhóm sinh viên thực hiện

Lý Minh Hiếu Phạm Lê Ngọc Tín

1

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

2

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 cho động cơ diesel được chưng cất 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

Trong động cơ diesel, do nhiên liệu chỉ được phun vào buồng đốt vào cuối 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 suốt 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 4 đại lượng sau:

1.2.2.1 Độ đồng nhất của HHC

HHC đựợc gọi là đồng nhất nếu nó có thành phần như nhau tại mọi khu vực trong buồng đốt Để đạt được trạng thái này, nhiên liệu phải hòa trộn đều với lượng không khí trong xy lanh Mức độ đồng nhất nhất của HHC có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, công suất và hàm lượng các chất độc hại có trong khí thải HHC càng đồng nhất thì lượng không khí thực tế cần thiết để đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng nhiên liệu sẽ càng nhỏ Nếu HHC không đồng nhất thì sẽ có những khu vực trong buồng đốt thiếu hoặc thừa oxy Tại khu vực thiếu oxy, nhiên liệu cháy không hoàn toàn sẽ làm giảm hiệu suất nhiệt của động cơ và tăng hàm lượng các chất độc hại trong khí thải Việc thừa oxy quá mức cũng làm giảm hiệu suất nhiệt của động cơ do phải tiêu hao năng lượng cho việc sấy nóng, nạp và xả phần không khí dư quá mức, đồng thời làm giảm hiệu quả sử dụng dung tích công tác xylanh

3

Độ đồng nhất của HHC được quyết định bởi các yếu tố: tính chất vật lý của nhiên liệu (tính hóa hơi, sức căng bề mặt, độ nhớt), nhiệt độ không khí và của các bề mặt tiếp xúc với HHC

(vách đường nạp, đỉnh piston, thành xylanh), chuyển động rối của không khí trong đường ống nạp và trong thành xylanh v v

Do động cơ diesel khó có thể tạo ra được HHC đồng nhất tại thời điểm phát hỏa, để nâng cao chất lượng quá trình tạo HHC cần áp dụng nhiều biện pháp khác nhau Dưới đây là một số biện pháp phổ biến:

+ Phun nhiên liệu vào buồng đốt dưới dạng sương mù bằng cách nén nhiên liệu đến

áp suất rất cao (khoảng 100 ÷1500 bar) rồi phun qua các lỗ 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 mọi chế độ làm việc của động cơ và cung cấp nhiên liệu đồng đều cho các xylanh của động cơ nhiều xylanh

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

+ Lượng nhiên liệu chu trình (gct): là một thông số đặc trưng cho chế độ công tác của BCA được biểu diễn bằng công thức, theo [1, trang 98]:

(1.1)

e e ct

nl

1000.N g Z

g =

60.n.i.ρ

4

Trong đó:

gct - Lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt trong thời gian một chu trình (mm3/s);

Ne - Công suất có ích của động cơ (kW);

ge - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (g/kW.h);

Z - Hệ số phụ thuộc vào số kỳ của động cơ;

Z = 1 - Đối với động cơ 2 kỳ

Z = 2 - Đối với động cơ 4 kỳ

n - Tốc độ quay trục cam BCA (v/ph);

i - Số xy lanh;

ρnl - Khối lượng riêng nhiên liệu (kg/m3)

Từ biểu thức (1.1) thì lượng nhiên liệu gct cần phun vào mỗi xylanh trong thời gian một chu trình công tác phải được điều chỉnh phù hợp với chế độ làm việc của động cơ tức là phải phù hợp với công suất của động cơ phát ra tốc độ quay tương ứng với công suất đó

+ 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

ct.max ct.min gct

Đối với động cơ diesel chất lượng định lượng hoàn toàn do hệ thống nhiên liệu quyết định

5

1.2.2.3 Chất lượng định thời

Chất lượng định thời là khả năng định thời điểm bắt đầu và kết thúc quá trình phun nhiên liệu, phun nhiên liệu đúng thời điểm, theo quy luật phù hợp với đặc điểm tổ chức quá trình cháy

Thời điểm tạo hỗn hợp cháy do thời điểm phun nhiên liệu quyết định Nếu hỗn hợp cháy đúng lúc thì quá trình cháy sẽ diễn ra và kết thúc đúng lúc với trị số

áp suất cháy cực đại (pz) và tốc độ tăng áp suất (wp) vừa phải

Thông số để đánh giá thời điểm tạo hỗn hợp cháy là góc phun sớm (φs) Trong quá trình sử dụng động cơ thì góc phun sớm (φs) bị thay đổi do các nguyên nhân chủ yếu:

+ Các chi tiết chuyển động bị hao mòn;

+ Cam nhiên liệu bị mòn;

+ Đặc tính của các cặp lắp ghép chính xác khác nhau;

+ Cặp lắp ghép piston - xylanh bị hao mòn

Hình 1.1 Ảnh hưởng của góc phun sớm nhiên liệu đến một số thông số công tác

động cơ diesel Đường số 1: Thời điểm phun quá sớm

6

Đường số 2: Thời điểm phun đúng

Đường số 3: Thời điểm phun quá muộn

Khi phun nhiên liệu quá sớm, nhiên liệu được phun vào buống đốt khi áp suất và nhiệt độ không khí nén vẫn còn thấp, quá trình chuẩn bị cho nhiên liệu phát hỏa diễn ra chậm Kết quả là tại thời điểm phát hỏa, trong buồng đốt đã tập trung một phần lớn lượng nhiên liệu chu trình Lượng nhiên liệu này sẽ bốc cháy mãnh liệt trong điều kiện nồng độ ôxy lớn và thể tích không gian công tác nhỏ, áp suất cháy cực đại (pz) và tốc độ tăng áp suất (wp) sẽ lớn, động cơ làm việc “cứng”

Ngược lai, khi phun nhiên liệu quá muộn, giai đoạn cháy trễ giảm động cơ làm việc êm hơn nhưng công suất động cơ giảm và và cháy không hoàn toàn vì một phần lớn nhiên liệu cháy ở quá trình giãn nở, tốc độ tăng áp suất và tốc độ cháy cực đại nhỏ

Trong động cơ diesel, chất lượng định thời do hệ thống nhiên liệu quyết định và được đặc trưng bằng hai thông số:

+ Góc phun sớm nhiên liệu (φs): 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 (∆φs): là đại lượng đánh giá mức độ khác nhau về góc phun sớm ở các xylanh khác nhau trong động cơ nhiều xylanh

7

động cơ sẽ không đạt được công suất thiết kế (Nen), suất tiêu hao nhiên liệu tăng, phụ tải nhiệt và cơ tác dụng không đồng đều ở các xylanh v v

1.2.2.4 Quy luật phun nhiên liệu

Quy luật phun nhiên liệu là khái niệm bao gồm thời gian phun nhiên liệu và quy luật phân bố tốc độ phun Quy luật tạo HHC là khái niệm bao hàm thời gian tạo HHC và quy luật phân bố tạo HHC

Hệ thống nhiên liệu không chỉ đưa nhiên liệu vào buồng cháy một lượng nhiên liệu (gct) thích hợp với chế độ làm việc mà lượng nhiên liệu đó phải được phun vào buồng cháy đúng thời điểm, đúng quy luật phù hợp với đặc điểm cấu tạo động cơ

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

độ phun tức thời theo góc quay 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

Với phương pháp tạo HHC kiểu thể tích thông dụng (toàn bộ lượng nhiên liệu chu trình được phun trực tiếp vào buồng đốt và hòa trộn ngày với toàn bộ khối không khí có trong buồng đốt) thì quy luật phun nhiên liệu quyết định quy luật tạo HHC Với phương pháp tạo HHC cháy khác ( ví dụ: tạo HHC kiểu mặt bằng buồng đốt kiểu M, buồng đốt ngăn cách v v ) quy luật phun nhiên liệu và quy luật tạo HHC rất khác nhau Có thể tất cả lượng nhiên liệu chu trình được phun vào buồng đốt trong một thời gian rất ngắn nhưng sự hóa hơi nhiên liệu và hòa trộn hơi đó với không khí để bốc cháy lại được điều chỉnh theo một quy luật khác

Với những điều kiện khác nhau như (ví dụ: cùng một loại nhiên liệu, lượng nhiên liệu chu trình…) nhưng có thể thu được những đồ thị công khác nhau nếu thay đổi quy luật tạo HHC Hình 1.2 thể hiện ảnh hưởng của quy luật phun nhiên liệu đến diễn biến quá trình cháy trong trường hợp áp dụng phương pháp tạo hỗn

1.3 Các bộ phận cơ bản trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

1.3.1 Thùng nhiên liệu

Bao gồm thùng nhiên liệu hàng ngày và thùng nhiên liệu dự trữ Thùng nhiên liệu hàng ngày cần có dung tích đảm bảo chứa đủ số nhiên liệu cho động cơ hoạt động liên tục trong một khoảng thời gian định trước

9

Hình 1.3 Thùng chứa nhiên liệu

1 Thùng chứa nhiên liệu; 2 Nhiên liệu

1.3.2 Bơm thấp áp

Bơm thấp áp là bơm có chức năng hút nhiên liệu từ thùng chứa hàng ngày rồi đẩy đến bơm cao áp Hệ thống nhiên liệu có thể không có bơm thấp áp nếu thùng chứa nhiên liệu hàng ngày được đặt ở vị trí cao hơn động cơ để nhiên liệu tự chảy đến bơm cao áp

Có các loại bơm thấp áp như: Bơm thấp áp kiểu piston, kiểu bánh răng, kiểu cánh gạt

Hình 1.4 Bơm thấp áp kiểu piston

1 Cam; 2 Con đội con lăn và thanh đẩy; 3 Lò xo; 4 Cửa cấp nhiên liệu;

5, 8 Van một chiều; 6 Bơm tay; 7 Cửa hút nhiên liệu ; 9 Piston bơm Bơm piston được dẫn động từ trục cam, khi trục cam đi xuống lò xo (3) đẩy piston (8) đi xuống ép nhiên liệu ở không gian phía dưới piston làm cho van một chiều (5) đóng lại, Nhiên liệu được đẩy đến cửa cấp nhiên liệu (4) và đi đến BCA

10

Lúc này, không gian phía trên piston có độ chân không nên van một chiểu (8) mở và nhiên liệu được hút từ thùng chứa qua cửa hút nhiên liệu (7) vào không gian này Khi cam đẩy piston (9) và nén lò xo (3) đi lên, van (8) đóng lại, nhiên liệu từ khoang phía trên piston qua van (5) mở đi xuống không gian phía dưới piston Tiếp theo, chu trình được lặp lại như trên

Bơm tay (6) dùng để bơm nhiên liệu lên BCA và xả khí trước khi động cơ hoạt động Bơm thấp áp kiểu piston thường được áp dụng trên động cơ bơm Bosch

Hình 1.5 Bơm thấp áp kiểu bánh răng

1 Cửa cấp nhiên liệu; 2 Bánh răng; 3 Bơm tay; 4 Cửa hút nhiên liệu;

5 Van một chiều Bơm thấp áp kiểu bánh răng này có nguyên lý hoạt động giống như bơm bánh răng dùng trong hệ thống bôi trơn Bơm có thể được trang bị thêm bơm tay (3)

để bơm nhiên liệu lên hệ thống và xả khí trước khi động cơ hoạt động

Hình 1.6 Bơm thấp áp kiểu cánh gạt

1 Đường dầu đến; 2 Lò xo van an toàn; 3 Piston van an toàn; 4 Rotor

11

Bơm thấp áp kiểu cánh gạt thuộc loại bơm rotor Khi rotor quay sẽ làm cho các cánh gạt chuyển động gạt nhiên liệu từ cửa hút sang cửa cấp nhiên liệu lên BCA

Khi áp suất nhiên liệu quá cao thì van piston van an toàn sẽ được nâng lên và xả bớt nhiên liệu về đường cấp

1.3.3 Lọc nhiên liệu

Trong hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel có các bộ phận được chế tạo và lắp ráp với độ chính xác rất cao, như: đầu phun, cặp piston - xylanh của bơm cao áp, van triệt hồi (van cao áp) Các bộ phận này rất dễ bị hư hại nếu trong nhiên liệu có tạp chất cơ học Bởi vậy nhiên liệu phải được lọc sạch trước khi đến bơm cao áp

Hiện nay trên động cơ diesel đều dùng biện pháp lọc nối tiếp tức là cho nhiên liệu qua một vài bình lọc nối tiếp nhau Bình lọc thô được đặt trên đường từ thùng chứa đến bơm chuyển nhiên liệu, còn bình lọc tinh đặt giữa bơm chuyển nhiên liệu đến BCA Ngoài hai bình lọc trên, nhiều động cơ còn cho nhiên liệu qua bình lọc phụ đặt trên đường ống cao áp (gọi là bộ lọc cao áp)

Hình 1.7 Bình lọc thô nhiên liệu

1 Cốc; 2 Phiến kim loại; 3 Nắp; 4 Đầu nối ống ra; 5 Đầu nối ống vào;

6 Bu lông; 7 Ống dẫn; 8 Lõi lục lăng; 9 Lõi lọc; 10 Phiến tròn;

11 Phiến hình sao

12

Bình lọc thô bao gồm lõi lọc 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 đệm hình sao dày 0,07 (mm) Do đó trên lõi lọc tạo ra các khe hở 0,07 (mm) Nhiên liệu sau khi vào bình lọc sẽ được lọc qua các khe hở này Chiều cao của chồng phiến lọc phụ thuộc vào nhiên liệu qua lọc

Trên hình 1.8 là bình lọc tinh nhiên liệu Bình lọc này có vỏ (11), lõi lọc và nắp (7) Người ta dùng bu lông (1) và đai ốc (6) để bắt chặt cốc, lõi và nắp lọc lại với nhau Lõi lọc gồm có lưới kim loại (2), bao lụa (3) và 15 phiến lọc (10) làm bằng sợi bông Tám phiến lọc (9) làm bằng sợi bông mịn hơn Các phiên dày và mỏng được xếp xen kẽ nhau và đều lồng ra ngoài lưới kim loại và bao lụa Trên nắp (7) có

3 lỗ ren dùng để lắp ống nhiên liệu và nút xả khí (12) Phía dưới nắp có ống (4) nối thông với không gian A chứa nhiên liệu đã được lọc sạch với đầu nối ống đưa nhiên liệu đi ra (5) Mặt khác, ống (4) còn ngăn cản không cho không khí tập trung dưới đáy lọc lọt vào không gian dẫn nhiên liệu đi ra Nhiên liệu từ đầu ống nối (8) đi vào bình lọc từ phía ngoài lõi lọc, thấm qua các phiến sợi bông, bao lụa và lưới lọc để vào không gian bên trong sau đó tới đầu ống ra (5)

Hình 1.9 Ống dẫn nhiên liệu cao áp

14

1.3.5 Bơm cao áp

Bơm cao áp trong động cơ diesel có các chức năng chính cơ bản như sau:

 Nén nhiên liệu đến áp suất rất cao (khoảng 100 - 1500 bar) rồi đưa đến vòi phun để phun nhiên liệu vào xylanh động cơ (chức năng nén)

 Điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp vào buồng đốt phù hợp với chế độ làm việc của động cơ (chức năng định lượng)

 Định thời điểm bắt đầu và kết thúc quá trình phun nhiên liệu (chức năng định thời)

 Có các loại BCA: BCA đơn PF, BCA cụm PE, BCA – VP liên hợp, BCA phân phối v v

Hình 1.10 Bơm cao áp động cơ diesel loại Bosch cổ điển

1 Cam nhiên liệu; 2 Con đội; 3 Lò so khứ hồi; 4.Piston,

5 Vành răng và thanh răng điều khiển; 6 Xylanh; 7 Van triệt hồi;

N Khoang nạp; B Khoang bơm; C Khoang cao áp

15

 Nguyên lý hoạt động

BCA Bosch cổ điển hoạt động theo kiểu chu kỳ Mỗi chu trình công tác của

nó được hoàn thành sau 1 vòng quay của trục cam nhiên liệu, tương ứng với 2 hành trình của piston BCA được gọi là hành trình nạp và hành trình bơm Hành trình nạp của piston BCA (piston BCA đi từ điểm cận trên đến điểm cận dưới) được thực hiện nhờ tác dụng của lò xo khứ hồi; còn hành trình bơm (piston BCA đi từ điểm cận dưới đến điểm cận trên) do cam nhiên liệu đẩy Ở động cơ 4 kỳ, một vòng quay của trục cam nhiên liệu tương ứng với 2 vòng quay của trục khuỷu và 4 hành trình của piston động cơ; còn ở động cơ 2 kỳ, tương ứng với 1 vòng quay của trục khuỷu

và 2 hành trình của piston động cơ

Hình 1.11 Chu trình công tác của BCA Bosch cổ điển

1 Piston ở điểm cận trên; 2 Nạp nhiên liệu vào khoang bơm;

3 Piston ở điểm cận dưới; 4 Bắt đầu bơm; 5 Kết thúc bơm;

6 Kết thúc chu trình công tác (piston của BCA trở lại điểm cận trên)

Ở giai đoạn đầu của hành trình nạp, nhiên liệu trong khoang bơm vừa dãn nở vừa thoát ra khoang nạp qua rãnh dọc Khi piston mở lỗ nạp, nhiên liệu từ khoang nạp tràn vào khoang bơm (Hình 1.11-1) Sau khi được lò xo khứ hồi kéo về điểm cận dưới, piston của của BCA sẽ không chuyển động trong một khoảng thời gian tuỳ thuộc vào cấu tạo của cam nhiên liệu và tốc độ của động cơ Hành trình bơm được thực hiện nhờ tác dụng đẩy của cam nhiên liệu (Hình 1.11- 2,3,4) Ở giai đoạn

16

đầu của hành trình bơm, khoang nạp và khoang bơm vẫn được thông với nhau Quá trình nén nhiên liệu trong khoang bơm được bắt đầu từ thời điểm piston đóng hoàn toàn lỗ nạp và lỗ xả trên xylanh của BCA Nhiên liệu bắt đầu được bơm vào khoang cao áp (không gian chứa nhiên liệu trong rắcco cao áp, ống cao áp và vòi phun nhiên liệu) khi lực tác dụng lên kim van triệt hồi từ phía dưới được tạo ra bởi áp suất trong khoang bơm đạt tới trị số bằng lực tác dụng từ phía trên được tạo ra bởi lực căng ban đầu của lò so van triệt hồi và áp suất dư trong ống cao áp Quá trình phun nhiên liệu vào buồng đốt bắt đầu khi lực tác dụng lên mặt côn nâng của kim phun được tạo ra bởi áp suất của nhiên liệu trong khoang phun (không gian chứa nhiên liệu trong đầu phun của vòi phun) thắng được lực căng ban đầu của lò xo vòi phun Quá trình phun nhiên liệu vào buồng đốt kéo dài cho đến khi rãnh chéo trên piston được thông với khoang nạp (Hình 1.11 - 5), khi đó nhiên liệu dưới áp suất cao từ khoang bơm và khoang cao áp sẽ thoát ra khoang nạp qua rãnh dọc Quá trình phun nhiên liệu kết thúc tại thời điểm áp suất trong khoang cao áp giảm xuống đến trị số, tại đó lực tác dụng lên mặt côn nâng của kim phun bằng lực căng ban đầu lò xo vòi phun Sau thời điểm kết thúc phun, piston tiếp tục đi lên để kết thúc hành trình bơm tại điểm cận trên để kết thúc chu trình công tác của hệ thống phun nhiên liệu

1.3.6 Vòi phun nhiên liệu

Vòi phun nhiên liệu ở động cơ diesel có chức năng phun nhiên liệu cao áp vào buồng đốt với cấu trúc tia nhiên liệu phù hợp với phương pháp tổ chức quá trình cháy

17

Phân loại vòi phun nhiên liệu:

Đặc điểm cách ly khoang phun với

buồng đốt

1 Vòi phun hở

2 Vòi phun kín Đặc điểm cấu tạo đầu phun 1 Vòi phun kiểu chốt

2 Vòi phun kiểu lỗ

3 Vòi phun kiểu van Phương pháp tạo lực ép ban đầu lên

kim phun

1 Ép kim phun bằng lò xo

2 Ép kim phun bằng thủy lực Theo phương pháp điều khiển 1 Vòi phun điều khiển cơ khí

2 Voi phun điều khiển thủy lực

Hình 1.12 Vòi phun nhiên liệu

1 Thân kim; 2 Lỗ dầu đến; 3 Lò xo; 4 Đĩa lò xo; 5 Khâu nối;

6 Kim phun; 7 Lỗ phun

Vòi phun kín: là loại vòi phun có van ngăn cách không gian trong vòi phun

và không gian trong xylanh 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 và vòi phun kín loại van lỗ phun

+ Vòi phun kín tiêu chuẩn: gồm 2 chi tiết chính xác gồm thân kim phun và kim phun Khe hở trong phần dẫn hướng của 2 chi tiết này khoảng 2 ÷3 (μm) Các

lỗ phun với đường kính 0,34 (mm) được phân bố đều quanh chu vi đầu vòi phun Đường tâm các lỗ phun và đường tâm đầu vòi phun tạo thành góc 750 Mặt tiếp xúc giữa đầu và thân vòi phun được mài bóng Trên phần thân kim phun có rãnh hình vành khăn Từ rãnh này có ba lỗ khoan tạo thành các đường nhiên liệu dẫn tới các

lỗ phun.Phần trên của thân và vòi phun có vít điều chỉnh để thay đổi lực lò xo Lực

lò xo thông qua đĩa và đũa đẩy ép van kim tỳ xuống đế van

Hình 1.14 Vòi phun kín tiêu chuẩn

19

+ Vòi phun kín loại van: Trong loại van này chỉ có một tiết diện tiết lưu biến đổi đặt ở phần lỗ phun Tiết diện tiết lưu này do van thuận (chiều mở trùng với chiều lưu động của nhiên liệu) hoặc van nghịch điều khiển

Hình 1.15 Vòi phun kín loại van + Vòi phun kín có chốt trên kim phun: Đặc điểm của vòi phun này là có một vài tiết diện biến đổi ở phần lỗ phun Trên thân kim phun có một lỗ phun đường kính khoảng 1,5 ÷ 2 (mm) Mặt côn tựa của van kim che kín tiết diện trên cùng của

lỗ phun Đầu dưới của van kim có một chốt hình trụ Phần đuôi của chốt trụ làm thành dạng hai mặt côn chung một đáy nhỏ Khi lắp vào đầu vòi phun, chốt của kim phun nhô ra ngoài khoảng 0,4 ÷ 0,5 (mm) Trong quá trình mở kim phun, phần chốt của kim phun chuyển dịch trong lỗ phun hình trụ Lúc ấy xung quanh chốt tạo thành một đường thông nhiên liệu hình vành khăn với ba mặt tiết lưu: mặt thứ nhất tại mặt côn tựa của kim, còn hai mặt khác tại hai đáy lớn của hai mặt côn (hình 1.16) Góc côn của tia nhiên liệu phụ thuộc vào hình dạng của chốt và vào hành trình của van kim và biến động trong khoảng từ 00 đến 600

Hình 1.16.Vòi phun có chốt trên kim

20

Hình 1.17 Phần đầu của vòi phun có chốt trên kim + Vòi phun kín loại van lỗ phun: Đặc điểm của loại vòi phun này giống với vòi phun tiêu chuẩn là có hai mặt tiết lưu Mặt thứ nhất là mặt không biến đổi tại lỗ phun, mặt thứ hai là mặt biến đổi giữa van và đế van Đặc điểm vòi phun kín lỗ van khác với vòi phun tiếu chuẩn ở chỗ chiều vận động mở van cùng chiều với chiều chuyển động của nhiên liệu Vì vậy trên van chỉ dùng một lò xo mềm cũng đủ sức

ép chặt lên đế, vì ngoài lực lò xo còn có lực khí thể trong xylanh động cơ cũng có tác dụng ép van tỳ lên đế van Phần đầu vòi phun có thể có một hoặc vài lỗ phun

Ưu điểm của vòi phun này là kích thước nhỏ gọn, cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo

Nhược điểm của vòi phun này là đầu vòi phun tiếp xúc trực tiếp với khí nóng trong xylanh nên có thể bị nóng quá mức cho phép, làm thay đổi các khe hở trong đầu vòi phun khiến vòi phun bị cong, vênh gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng phun

1.4 Phân loại hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

1.4.1 Theo phương pháp phun nhiên liệu vào động cơ

1.4.1.1 Hệ thống phun nhiên liệu bằng khí nén

Ở thời kỳ đầu phát triển động cơ diesel, người ta đã dùng không khí nén dưới

áp suất 50 ÷ 60 (bar) để phun nhiên liệu vào xylanh động cơ Phương pháp này không yêu cầu phải có các chi tiết siêu chính xác mà vẫn đảm bảo chất lượng hoà trộn nhiên liệu với không khí khá tốt Tuy nhiên, động cơ phải lai máy nén khí nhiều cấp, vừa cồng kềnh vừa tiêu thụ một phần đáng kể công suất của động cơ

21

(công suất do máy nén khí tiêu thụ bằng khoảng 6% ÷ 8 % công suất của động cơ, trong khi hệ thống phun nhiên liệu bằng thuỷ lực tiêu thụ khoảng 1,5% ÷ 3,5% ) Ngoài ra, việc điều chỉnh lượng nhiên liệu chu trình cũng phức tạp và khó chính xác, nên kiểu hệ thống phun nhiên liệu bằng khí nén ở động cơ diesel đã được thay thế hoàn toàn bởi hệ thống phun nhiên liệu bằng thuỷ lực

Hình 1.18 Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu bằng không khí nén

1 Không gian phun; 2 Thùng nhiên liệu; 3 Bơm Chuyển nhiên liệu; 4 Kim phun;

5 Lò xo; 6 Đòn gánh; 7 Cam đội; 8 Máy nén khí

1.4.1.2 Hệ thống phun nhiên liệu bằng thủy lực

Ở hệ thống phun nhiên liệu bằng thuỷ lực, nhiên liệu được phun vào buồng đốt do sự chênh lệch áp suất rất lớn giữa áp suất của nhiên liệu trong vòi phun và áp suất của khí trong xylanh Dưới tác dụng của lực kích động ban đầu trong tia nhiên liệu và lực cản khí động của khí trong buồng đốt, các tia nhiên liệu sẽ bị xé thành những hạt có đường kính rất nhỏ để hoá hơi nhanh và hoà trộn với không khí

1.4.2 Theo phương pháp tạo và duy trì áp suất phun

1.4.2.1 Phương pháp phun nhiên liệu trực tiếp

HTPNL trực tiếp là một loại HTPNL bằng thuỷ lực, ở đó nhiên liệu sau khi

ra khỏi BCA được dẫn trực tiếp đến vòi phun bằng ống dẫn cao áp có dung tích nhỏ

cơ diesel

1.4.2.2 Phương pháp phun nhiên liệu gián tiếp

Ở hệ thống phun gián tiếp (còn gọi là hệ thống tích phun), nhiên liệu từ BCA không được đưa trực tiếp đến vòi phun mà được bơm đến ống cao áp chung Thông thường, ống cao áp chung có dung tích lớn hơn nhiều lần so với thể tích nhiên liệu được phun vào buồng đốt trong một chu trình, nên áp suất phun hầu như không thay đổi trong suốt quá trình phun Điều đó đảm bảo chất lượng phun tốt trong một phạm

vi rộng của tốc động quay và tải Để đảm bảo yêu cầu định lượng và định thời, hệ thống tích phun có kết cấu khá phức tạp Vì vậy nó thường chỉ được sử dụng cho những động cơ diesel có yêu cầu cao về chất lượng phun nhiên liệu ở những chế độ tải nhỏ

1.4.3 Theo phương pháp định lượng nhiên liệu

1.4.3.1 Hệ thống nhiên liệu điều chỉnh bằng cam dọc

Loại điều chỉnh bằng cam dọc (cam di động dọc trục) Ở đây cam có dạng nửa hình côn Ta điều chỉnh lượng cung cấp nhiên liệu bằng cách điều chỉnh trục cam dọc, chính là điều chỉnh phần cam làm việc có ích lớn hay nhỏ sẽ làm thay đổi hành trình piston bơm từ đó làm thay đổi lượng nhiên liệu đến vòi phun Khi trục cam di động làm con đội piston bơm tiếp xúc và làm việc ở phần cam lớn sẽ làm tăng hành trình piston do đó làm tăng lưu lượng nhiên liệu phun Ngược lại khi con đội piston bơm tiếp xúc và làm việc ở phần cam nhỏ sẽ làm giảm lưu lượng nhiên liệu phun Phương pháp này hiện nay không còn được sử dụng

23

Hình 1.19 BCA điều chỉnh bằng cam dọc

1 Piston; 2 Xylanh; 3 Đầu nối ống cao áp; 4 Ống cao áp; 5 Van triệt hồi; 6.Van nạp; 7 Lò xo khứ hồi; 8 Con đội; 9 Cam nhiên liệu; 10 Thân bơm

1.4.3.2 Hệ thống nhiên liệu điều chỉnh bằng cách tiết lưu

Loại điều chỉnh bằng cách tiết lưu Lượng nhiên liệu cung cấp được điều chỉnh thông qua một van tiết lưu, khi điều chỉnh van chính là điều chỉnh đóng bớt, hay mở lớn van tiết lưu, lượng nhiên liệu phun vào xylanh sẽ bị thay đổi theo Khi đóng bớt van tiết lưu, nhiên liệu hồi về ít sẽ làm tăng lưu lượng nhiên liệu đến vòi phun hay chính là lượng nhiên liệu phun vào xylanh động cơ nhiều hơn Ngược lại,

mở van tiết lưu lớn làm nhiên liệu hồi về nhiều hơn, do đó làm giảm lưu lượng nhiên liệu đến vòi phun và xylanh động cơ

24

Hình 1.20 Bơm cao áp điều chỉnh bằng van tiết lưu

1 Piston; 2 Xy lanh; 3 Đầu nối ống cao áp; 4 Ống cao áp; 5 Van tiết lưu;

6 Lỗ nạp; 7 Chêm điều chỉnh góc phun sớm; 8 Lò so khứ hồi;

9.Thân BCA; 10 Con đội; 11 Cam nhiên liệu; 12 Cần bơm tay

1.4.3.3 Hệ thống nhiên liệu điều chỉnh bằng rãnh chéo trên piston

Loại điều chỉnh bằng rãnh chéo trên piston Trên thân piston của bơm cao áp

có rãnh chéo để khi xoay piston quanh tâm của nó sẽ làm thay đổi hành trình có ích của piston bơm, tức làm cho rãnh chéo tiếp xúc sớm hay muộn với đường nhiên liệu đến bơm cao áp, từ đây sẽ làm thay đổi lượng nhiên liệu đến vòi phun hay phun vào xylanh động cơ Loại này hiện nay được sử dụng phổ biến trên hầu hết trên hệ thống nhiên liệu động cơ diesel hiện nay

Lỗ xả để nhiên liệu thoát từ khoang bơm ra khoang nạp Lỗ định vị để cố định xylanh với vỏ BCA Một lỗ trên xylanh có thể chỉ thực hiện một chức năng (nạp,

xả, định vị) hoặc thực hiện đồng thời 2 hay cả 3 chức năng Trên phần đầu của piston có rãnh dọc, rãnh chéo và rãnh ngang Rãnh dọc để cho nhiên liệu từ khoang bơm thoát về khoang nạp sau khi rãnh chéo thông với lỗ xả Mép vát có tác dụng làm thay đổi hành trình có ích của piston, qua đó điều chỉnh lượng nhiên liệu chu trình khi piston được xoay trong lòng xylanh Để tạo ra được áp suất rất cao của nhiên liệu trước khi phun vào buồng đốt, khe hở hướng kính giữa piston và xylanh phải rất nhỏ (khoảng 0,015 ÷0,025 mm)

Cặp piston - xylanh là bộ phận quan trọng nhất của BCA và là một trong các cặp lắp ghép siêu chính xác trong hệ thống phun nhiên liệu của động cơ diesel

26

1.4.3.4 Hệ thống nhiên liệu điều chỉnh bằng khâu phân lượng

Điều chỉnh bằng khâu phân lượng tức là khi ta điều chỉnh khâu phân lượng dịch lên hay dịch xuống sẽ làm thay đổi lỗ ngang của piston bơm với mạch nhiên liệu trễ hay sớm, sẽ làm cho nhiên liệu đến vòi phun nhiều hay ít Khi ta điều chỉnh khâu phân lượng nhích lên thì thời điểm mở thông lỗ ngang của piston bơm với mạch nhiên liệu sẽ trễ, do đó lượng nhiên liệu sẽ đi đến vòi phun nhiều Ngược lại, nếu điều chỉnh khâu phân lượng hạ xuống sẽ làm lượng nhiên liệu đến vòi phun ít

1.5 Phương pháp tổ hợp các thành tố của hệ thống

1.5.1 Hệ thống nhiên liệu với BCA kiểu piston – xylanh loại đơn (PF)

Bơm cao áp PF hoạt động nhờ dẫn động từ trục cam của động cơ, mỗi bơm cao áp PF riêng biệt cung cấp nhiên liệu cho một xylanh động cơ Bộ phận chính của bơm cao áp PF là một cặp piston – xylanh siêu chính xác, trên piston có xẻ rãnh

Điều chỉnh lượng nhiên liệu đến vòi phun được thực hiện bằng cách thay đổi hành trình có ích của piston nhờ vào điều chỉnh thanh răng để xoay ty bơm, làm thay đổi thời điểm rãnh chéo trên piston để mở lỗ xả thông nhiên liệu với ống nạp Nhiên liệu được nén với áp suất cao ở bơm cao áp rồi đưa đến vòi phun qua ống cao

áp Loại này có ưu điểm là ống dẫn cao áp ngắn, các ống đều bằng nhau Các bơm hoạt động độc lập nên ta có thể sửa chữa một bơm trong khi các bơm khác vẫn đang hoạt động do đó sức sống của động cơ và thiết bị (tàu, ô tô…) cao

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 động cơ và quy luật phun do biên dạng cam quyết định

Bơm PF có nhiều kích cỡ, đường kính piston bơm khác nhau từ 4 ly đến 40

ly, khoảng chạy của piston bơm từ 7 ly đến 35 ly tùy vào mỗi quốc gia và chúng cũng có những ký hiệu khác nhau: Bơm do Mỹ chế tạo có ký hiệu APF, do Anh chế tạo là BPF, Đức là Rober Bosch