Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.41 TDCi lắp trên xe Ford Transit

Đen năm 1927 Robert Bosch phát triển Bơm cao áp Bơm phun 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 c

Trang 1

Tính toân thiết kế hệ thống nhiín liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.41 TDCi lắp trín

xe Ford Transit

1

LỜI NÓI ĐẦU

Ngăy nay trong xu thế hội nhập vă mở cửa của nền kinh tế Việt Nam với nền kinh tế của câcnước trín thế giới, ngănh công nghiệp sản xuất ôtô cũng đang đứng trước nhiều cơ hội cũngnhư những thâch thức mới Đó lă những cơ hội cải tiến vă phât triển công nghệ cho ngangtăm với câc nước trín thế giới nhưng cũng có nhiều thử thâch đặt ra đó lă khả năng 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 mức thấp nhấtthănh phần ô nhiễm trong khí xả động cơ nhằm tạo ra 1 nền công nghiệp ôtô phât triển văthđn thiện với môi trường

Với sự phât triển mạnh mẽ của tin học hóa, tự động hóa trong ngănh sản xuất vă câcsản 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 khiển dẫnđến kết cấu của động cơ vă ô tô thay đổi rất phức tạp, lăm cho người sử dụng vă cân bộ côngnhđn kỹ thuật ngănh ô tô ở nước ta còn nhiều lúng túng vă sai sót, khó khăn trong việc nắmbắt công nghệ mới năy nín cần có những nghiín cứu cụ thể về hệ thống điện tử trín động cơ

ô tô

Lă một sinh viín của ngănh động lực sắp ra trường, em chọn đề tăi: "Tính toân thiết kế

hệ thống nhiín liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.41" lăm đề tăi tốt nghiệp Em rấtmong với đề tăi năy em sẽ củng cố tốt hơn kiến thức của mình để khi ra trường em có thểđóng góp 1 phần văo sự phât triển của ngănh công nghiệp ô tô của nước nhă

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 cơ khí giaothông đê tạo mọi điều kiện để em hoăn thănh tốt đồ ân tốt nghiệp năy

Sinh viín thực hiện

LÍ QUANG CƯỜNG

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Trang 2

Tính toán thiết kế hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.41 TDCi lắp trên

xe Ford Transit

2

Mục lục

1 Lị ch sử vấn đề và mục đích ý nghĩa đề tài 1

2 C ác phương án thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ Duratorq 2.41 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 C ấu tạo bơm cao áp thẳng hàng 5

2 2.2.2 Cấu tạo bơm cao áp phân phối 6

2.2.3 C ác 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 L oại 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 Đ ặc 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

Trang 3

xe Ford Transit

3

3 C

ác thông số của động cơ Duratorq 2.41 22

4 Tí nh toán thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ Duratorq 2.41 23

4.1 Tính toán hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.41 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 Th ông 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 biếnni 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 Th ể tích nhiên liệu cung cấp cho một chu trình 34

4.2.2 Đư ờng 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 2.41 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 2.41 39

5.1.2 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ Duratorq 2.41 40

5.1.3 Đặc tính của hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.41 40

Trang 4

xe Ford Transit

4

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 2.41 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

Trang 5

xe Ford Transit

5

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 chế trong quá trình sử dụng như: Thải khói đen khá lớn khi tăng tốc, tiêu hao nhiên liệu còn cao 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 hình thành hòa khí rồi tự bốc cháy Đen năm 1927 Robert Bosch phát triển Bơm cao áp (Bơm phun 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 cháy nhằm 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 để làm 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 bằng cải tiến các bộ phận như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, các ứng dụng điều khiển tự động nhờ sự phát triển của công nghệ (năm 1986 Bosch đưa vào thị

Trang 6

xe Ford Transit

6

trường việc điều khiển điện tử cho động cơ diesel ) Đó là hệ thống nhiên liệu Common RailDiesel

Hệ thống Common Rail Diesel ra đời góp phàn 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 môi trườngmong đợi Nó tạo nên hướng nghiên cứu mới cho các ngành cơ khí động lực, giao thông, trong nước Hiện nay, hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel được trang bị trên các dòng

xe như Transit, Sprinter, Những dòng xe này đang được sản xuất và sử dụng rất thông dụngtại Việt Nam và đang mang lại những hiệu quả tích cực cả về tính kinh tế và khả năng bảo vệmôi trường

Vì những lý do trên em chọn đề tài "Tính toán thiết kế hệ thống nhiên liệu CommonRail Diesel động cơ Duratorq 2.41" để làm đề tài tốt nghiệp

2 Các phương án thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ Duratorq 2.41

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 khoảng thờigian 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 đứng 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, bằng cáchphối hợp chặt chẽ hình dạng kích thước và phương hướng của các tia nhiên liệu với hìnhdạng 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 đường congcủa áp suất môi chất công tác trong quá trình cháy biến thiên theo góc quay trục khuỷu chủyếu phụ thuộc vào những yếu tố sau:

Trang 7

xe Ford Transit

7

- 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-r45 độ góc quay trục khuỷu (tức là khoảng0,0033-^0,0075 [s]) Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15-r0,2 [MN/m2].Trong đường dẫn nhiên liệu tới vòi phun, trong vòi phun áp suất tăng lên tới mấy chục [MN/

m2] Áp suất phun nhiên liệu cao như vậy là nhằm đảm bảo yêu cầu phun nhỏ và đều, đồngthời nhằm đảm bảo cấp nhiên liệu vào xy lanh động cơ với một tốc độ cần thiết

Áp suất phun nhiên liệu nhỏ nhất càn đảm bảo yêu cầu phun nhỏ và đều của nhiên liệu,

nó phụ thuộc vào cấu tạo vòi phun và cường độ vận động xoáy lốc của môi chất trong buồngcháy khi phun nhiên liệu Trên thực tế thường không nhỏ hơn 10[MN/m2] áp suất phun nhiênliệu lớn nhất thường không vượt quá 40-Ỉ-50 [MN/m2], vì lớn hơn nữa sẽ gây ra những khókhăn không cần thiết về mặt công nghệ chế tạo, ảnh hưởng xấu tới tuổi thọ 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

- Ben 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 theo gócquay trục khuỷu, chỉ bằng 1/10 đến 1/20 so với trường hợp của máy xăng; ngoài ra nhiênliệu diesel lại khó bay hơi hơn xăng nên phải được phun thật tơi và hoà trộn đều trong khônggian buồng cháy Vì vậy phải tạo điều kiện để nhiên liệu được sấy nóng, bay hơi nhanh vàhoà trộn đều với không khí trong buồng cháy nhằm tạo ra hoà khí, mặt khác phải đảm bảocho nhiệt độ không khí trong buồng cháy tại thời gian phun nhiên liệu đủ lớn để hoà khí cóthể tự bốc cháy

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

Trang 8

xe Ford Transit

8

của nhiên liệu, sau đó phàn nhiên liệu phun vào trước đã tạo ra hoà khí, tự bốc cháy, trongkhi nhiên liệu vẫn được phun tiếp, cung cấp cho xylanh của động cơ Như vậy sau khi đãcháy một phần, hoà khí vẫn tiếp tục được hình thành, và thành phần hoà khí thay đổi liên tụctrong 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 khó đạttới 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 £ ,qua đó làm tăng hiệu suất động cơ, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi làm tăng nhiệt độ môichất giúp hoà khí dễ tự bốc cháy

- Đường nạp chỉ có không khí nén nên không càn để ý đến vấn đề sấy nóng, bay hơi củanhiên liệu trên đường nạp như máy xăng Có thể dùng đường nạp có kích thước lớn ít gâycản 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 càn 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 a (tức là không thể sử dụng hết không khí thừa trong buồng cháy để đốtthêm nhiên liệu ) và khả năng nâng cao tốc độ động cơ ( do tốc độ cháy của hoà khí khôngđều 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

Trang 9

xe Ford Transit

9

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 caoáp; 11 Vòi phun

6-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 qua bầulọc tinh 6 tới bơm cao áp 9 Ở đây, bơm cao áp tiếp tục đưa nhiên liệu lên vòi phun, với ápsuất cao để phun vào buồng cháy hỗn hợp với không khí từ bên ngoài qua bình lọc, ống nạp,tạo thành hoà khí và tự cháy, do không khí nén có nhiệt độ cao Hoà khí cháy giãn nở tácdụng vào piston, qua thanh truyền, làm quay, trục khuỷu sinh công Khí cháy sau khi đã làmviệc, được đi ra khỏi xy lanh bằng ống xả và ống tiêu âm như hệ thống nhiên liệu của động

cơ xăng Nhiên liệu rò qua khe hở thân kim phun của vòi phun và các tổ bơm theo ống nhiênliệu 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

Trang 10

xe Ford Transit

10

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 đóng kín,nhờ độ chân không được tạo ra trong không gian phía trên piston, khi mở các lỗ A, B nhiênliệu 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 nhiên liệuđược tiếp diễn tới khi rãnh nghiêng trên đầu piston mở lỗ xả B thời điểm kết thúc cấp nhiênliệu, từ lúc ấy nhiên liệu từ không gian phía trên piston qua rãnh dọc thoát qua lỗ B ra ngoàikhiến áp suất trong xilanh giảm đột ngột, van cao áp được đóng lại Hình 2-2 giới thiệu kếtcấu của bơm cao áp thẳng hàng

2.22.2 Cấu tạo bơm cao áp phân phối.

Trang 11

xe Ford Transit

11

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 bộđiều 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 nốivới vòi phun

Nguyên lý hoạt động: Dẩn động xoay piston 20 được trục bơm 6 dẫn động, còn dẫnđộng định tiến do vành cam 3 trên trục bơm 6 dẫn động Trên sườn piston có các lỗ thoát B,khi piston xoay lỗ thoát này sẽ làn lượt ăn thông với các lỗ khoan chéo A trên đầu bơm.Trong hành trình công tác nhiên liệu nén và phân phối lần lượt qua các lỗ khoan chéo A, khi

đó áp suất nhiên liệu nén đi qua van cao áp 21 rồi đi đến vòi phun nhiên liệu của xylanhtương ứng Trên bơm còn có bơm chuyển nhiên liệu kiểu phiến gạt được nâng lên một ápsuất ổn định, quả văng 10 thông qua quan hệ tay đòn, quả văng tác động vào bạc xả 1 qua đólàm thay đổi thời điểm mở lỗ xả và thực hiện việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp theochế độ làm việc của động cơ

Trang 12

xe Ford Transit

12

Loại bơm này có kết cấu đơn giản hơn so với bơm cao áp thẳng hàng cho nên được sửdụng rộng rải hơn, nhưng loại bơm cao áp sử dụng trong hệ thống nhiên liệu Common Railkết 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) Phàn 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 ừên 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 vàothể tích 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

Trang 13

xe Ford Transit

13

+ 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 đầy khônggian 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 đầu vòiphun

- 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 nhiên liệutốt, tăng chỉ tiêu công suất và hiệu suất của động cơ đồng thời làm giảm hiện tượng kết muộithan 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 của vankim Lực do áp suất nhiên liệu cao áp tạo ra tác dụng lên diện tích hình vành khăn của vankim chống lại lực ép của lò xo Khi lực của áp suất nhiên liệu lớn hơn lực ép của

Trang 14

xe Ford Transit

14

lò xo thì van kim bị đẩy bật lên mở đường thông cho nhiên liệu tới lỗ phun Áp suất nhiên 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 vụchính của bơm chuyển nhiên liệu là cung cấp nhiên liệu với một áp suất suất dư nhất định,

để khắc phục sức cản của các bình lọc và để tạo điều kiện nạp như nhau cho các tổ bơm.Bơm chuyển nhiên liệu đặt ở gần bơm cao áp, do trục cam của bơm cao áp dẫn động vàthường dùng ba loại: bơm piston, bơm bánh răng và bơm cánh gạt

2.2.4.1 Loại bơm bánh răng

Hình 25 Kết cấu bơm bánh răng 1

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

7- Đường dầu áp suất thấp

Nguyên lý làm việc và kết cấu của bơm bánh răng rất đơn giản nó gồm có hai bánh răng(số răng thường ít hơn 17) được dẩn động theo chiều nhất định Bánh răng chủ động 2 lắptrên trục vào của bơm phân phối ăn khớp với bánh răng bị động 1 Khi bánh răng 2 quay thìkéo theo bánh răng 1 quay theo chiều ngược lại, dầu từ đường dầu áp suất thấp 7 được haibánh răng guồng sang đường dầu áp suất cao 3 theo chiều mũi tên Van an toàn 4

Trang 15

xe Ford Transit

15

dùng để xã dầu khi có hiện tượng tắc nghẽn đường ống thì áp suất dầu vượt quá giới hạn cho phép, dầu đẩy van mở ra để chảy về đường dầu áp suất thấp Điều chỉnh áp suất của dầu 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 từ buồnghút ra, qua van đẩy và theo rãnh chảy vào buồng đẩy

Trang 16

xe Ford Transit

16

không gian phía dưới piston 10 có cần 5 nên không chứa hết nhiên liệu của 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 Khithiết kế hệ thống nhiên liệu phải chọn khả năng thông qua của bình lọc bằng khoảng hai lầnnhiên liệu đi qua bình lọc Bình lọc thô và tinh được lắp nối tiếp (bình lọc thô - bơm chuyểnnhiên liệu - bình lọc tinh - bơm cao áp) Lõi lọc là sợi vải, giấy, da hoặc vật liệu 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, giớihạn đó phụ thuộc vào cấu tạo bình lọc và lượng nhiên liệu đi qua đảm bảo cho nhiên liệuđược lọc sạch, tối thiểu được lọc ba lần, lưới lọc ở miệng hút, lọc thô và lọc tinh; đặc biệtnhiên liệu quay trở về được lọc lại nhiều lần, đôi khi ngay trước khi nhiên liệu vào vòi phuncòn có thêm một lưới lọc cao áp

2.2.5.1 Lọc nhiên liệu thô

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

Trang 17

xe Ford Transit

17

Lõi lọc thô là một chồng phiến kim loại mỏng, phiến tròn và phiến hình sao xếp xen kẽnhau (phiến tròn dày 0,15 mm, xung quanh có 6 lỗ ô van; phiến hình sao dày 0,07 mm)tạo ra các khe hở 0,07 mm, nhiên liệu lọc đi qua các khe hở này, chiều cao lõi lọc phụthuộc lượng nhiên liệu đi qua

2.2.5.2 Lọc nhiên liệu tinh

1- 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 cặn Lõi lọc gồm có lưới kim loại, baolụa và, phiến lọc làm bằng sợi bông Tám phiến lọc làm bằng sợi bông mịn hơn Các phiếnlọc (mỏng và dày) đặt xen kẽ nhau và đều lồng ra ngoài lưới kim loại và bao lụa Trên nắp

có lắp đường ống nhiên liệu vào bầu lọc và ra khỏi bầu lọc, lắp vít xả khí, phía dưới nắp cóống để chứa nhiên liệu đã được lọc sạch, mặt khác ống còn ngăn không cho không khí dướiđáy lọc lọt vào không gian dẫn nhiên liệu 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, cụm chitiết của hệ thống được dẫn động bằng cơ khí nên có độ trễ nhất định vì vậy làm việc khôngthích hợp với sự thay đổi tải của động cơ Làm thải khói đen khá lớn khi tăng tốc, tiêu haonhiên liệu còn cao và tiếng ồn lớn

5

Trang 18

xe Ford Transit

18

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 get (lượng nhiên liệu của một hành trình bơm) theo tốc độ trục khuỷu n của bơm Boschđược gọi là đặc tính cung cấp của bơm Hành trình có ích ha của bơm cao áp được xác địnhtheo 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 đầu củaquá trình cung cấp, áp suất nhiên liệu bên trong xylanh sẽ tăng lên sớm hơn so với thời điểmđóng kín lỗ thoát theo kích thước hình học Tương tự như trên thời điểm kết thúc cấp nhiênliệu thực tế không xảy ra cùng thời điểm mở lỗ thông do gờ rãnh nghiêng phía dưới thựchiện mà thường muộn hơn

vị trí thanh răng) càng làm tăng lượng nhiên liệu chu trình get

Đặc tính cung cấp của bơm cao áp (bơm Bosch) trái ngược với đặc tính về thay đổi hệ số

nạp ĨỊ V của động cơ khi tăng tốc độ n (càng tăng n hệ số nạp Ĩ ] V càng giảm) Tốc

độ gây ảnh hưởng lớn nhất tới ĩiv Khi tăng n sẽ làm tăng tốc độ môi chất đi qua xupap nạpcũng như xupap xả, làm giảm Pa và làm tăng pr, mặt khác cũng làm giảm A T (do giảm thờigian tiếp xúc), kết quả làm giảm qv

Trang 19

xe Ford Transit

19

Vì vậy nếu điều chỉnh sao cho thành phàn 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 vòng quaythấp thì khi tăng tốc độ sẽ làm cho hoà khí quá đậm gây cháy không hết ( xuất hiện nhiềumuội than do thiếu ôxy) Chính vì vậy trong hệ thống nhiên liệu lắp bơm Bosch thường cóthêm cơ cấu hiệu chỉnh đặc tính cung cấp của bơm, nhưng cũng không thể khắc phục hếtnhược điểm này

Hình 2-10 Ảnh hưởng của tốc độ động cơ tới hệ số nạp qv

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

Với hệ thống phun nhiên liệu kiểu cũ dùng bơm phân phối hay bơm thẳng hàng(distributor or in-line injection pumps), việc phun nhiên liệu chỉ có một giai đoạn gọi là giaiđoạn phun chính (main injection phase), không có khởi phun và phun kết thúc

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 áp suất

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 lực đóng 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 lực đóng của

ti kim phun ở cuối quá trình phun

Hậu quả là:

Trang 20

Tính toán thiết kế hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.41 TDCỈ lắp trên

xe Ford Transit

20

- Khi phun vối lượng nhiên liệu ít thì ảp suất phun cũng nhỏ và ngược lại

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

Để quá trình cháy hiệu quả, đường cong mức độ phun nhiên liệu thực tế cố dạng tamgỉác

Áp suất đỉnh quyết định tải trọng đặt lên các thành phần của bơm và các thiết bị dẫnđộng Ở hệ thống nhiên liệu cũ, nó còn ảnh hưởng đến tỉ lệ hỗn hợp khỉ và nhiên liệu trongbuồng cháy

Hình2-ll 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 “Ắcquy thủylực”và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu tùy thuộc vào trạng thái làm việc củađộng cơ Lợi ích của vòi phun Common Rail là làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu đượcphun ra ở áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, kiểm soát lượng phun, thời điểmphun Do đố làm hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn So với hệ thống cũdẫn động bằng cam, hệ thống Common Rail khá linh hoạt trong việc đáp ứng thích nghỉ đểđiều 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, tàu thủy )

- 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

Trang 21

xe Ford Transit

21

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 nhiên liệucao áp; 5 Đường nối cảm biến áp suất đến ECU ; 6 Cảm biến áp suất; 7 Common Rail tíchtrữ &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 được bơmcung cấp đẩy đi từ thùng nhiên liệu trên đường ống thấp áp qua bầu lọc (3) đến Bơm cao áp(2), từ đây nhiên liệu được bơm cao áp nén đẩy vào ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (7)hay còn gọi ắc quy thủy lực- và được đưa đến vòi phun Common Rail (9) sẵn sàng để phunvào xy lanh động cơ Việc tạo áp suất và phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau trong

hệ thống Common Rail Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ và lượng nhiên liệuphun ra Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong ắc quy thủy lực

Trang 22

xe Ford Transit

22

Lượng phun ra được quyết định bởi điều khiển bàn đạp ga, thời điểm phun cũng như áp suấtphun được tính toán bằng ECU dựa trên các biểu đồ dữ liệu đã lưu trên nó Sau đó ECU vàEDU sẽ điều khiển các kim phun của các vòi phun tại mỗi xy lanh động cơ để phun nhiênliệu nhờ thông tin từ các cảm biến (10) với áp suất phun có thể đến 1500 bar Nhiên liệu thừacủa vòi phun đi qua ắcquy thủy lực trở về bơm cao áp, van điều khiển áp suất 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 antoàn 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 mọi thờiđiểm ngay cả động cơ lúc thấp tốc Trong hệ thống Common Rail quá trình phun được chiathành các cách phun:

- P HUN MỒI ( HAY P HUN SƠ KHỞI - Pre-injection hoặc Pilot- injection).

- P HUN CHÍNH {Main injection).

- P HUN 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 nướclàm mát, cảm biến áp suất Rail, )

- Các cơ cấu chấp hành (Vòi phun điều khiển bang 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 ápsuất và giám sát các điều kiện hoạt động của động cơ

Trang 23

Mạch áp suất cao:

Cam liieii íi|)

su.1t Rail

Atqụythủy lục ĨỊ) su,ít cao

Vôi phunBom á I*

su it

Trang 24

Mạch dầu hồi:

Hình2~15 Mạch hồi dầu

(mũi tên chỉ cho thấỵ khi van mở nhiên liệu qua bơm cao áp về lại thừng chứa)

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

Trang 25

xe Ford Transit

25

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

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 cả động cơ lúc thấp tốc mà ápsuất 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 bốtrí hình sao lệch nhau 120 độ Hoạt động nhẹ nhàng, linh hoạt và năng suất cao, giảm đượctải trọng động trên động cơ

Trang 26

nạp —

lệch tám

CTỌI KJ

Van íTièu khiển a.siiát cao

26

Tính toán thiết kế hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.41 TDCi 1%) trên

xe Ford Transit

Hình 2-17 Kết cấu Bơm cao ápCác gỉaỉ đoạn PHUN SƠ KHỞI làm giẳm 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 đỏ phải kểđến vòi phun Common Rail, nó thực hiện phun và lưu ở áp suất cao Yòỉ phun có van trợ lựcđiện từ Nỗ là một thành phần chính xác cao, được chế tạo chịu được độ kín khít cực cao.Các van, kim phun và cuộn điện từ được định vị trên thân vòi phun Dòng nhiên liệu từ giắcnối mạch áp suất cao đi qua van tiết lưu đi vào buồng chứa van điều khiển, cỏ áp suất bêntrong vòi phun bằng áp suất trong ắcquy thủy lực, như vậy ta thấy rằng vòi phun đuợc thiết

kế làm việc ở áp suất rất cao do đỗ các chỉ tiết lò xo, van bỉ, kim phun và van điện tử làmvỉệc phải chính xác

Trang 27

Itam cliàm cTiệii

z _

I.H.U.M.M.ỊU.I I

Đ irony nối áp suat cao

Than ưoi plum

Kim plum

Hình 2-18 Vòi phun Common Rail Diesel- Bosch

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

- Tiêu hao nhiên liệu thấp

- Phát thải ô nhiễm thấp

- Động cơ làm việc êm dịu, giâm 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 cỏ thể thay thế được cho hệ thống nhiên liệu Diesel cũ, tức là việc bố trí cácthành phần và lắp đặt chúng trên động cơ phù hợp với các động cơ đang tồn tạỉ Tuy nhiên,

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 bơm cao ápBosch và hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel tôi chọn hệ thống nhiên liệu CommonRail Diesel để thiết kế cho hệ thống nhiên liệu của động cơ Duratorq 2.41 3

3 Các thông sổ của động cư Duratorq 2.41

Trang 28

xe Ford Transit

28

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 con đội thuỷlực, sử dụng con đội thuỷ lực và cách bố trí 4 xupáp trên một xylanh (2 xupáp nạp, 2 xupápthải) tạo được chất lượng nạp và thải (nạp đầy, thải sạch), nhằm tăng công suất động cơ,giảm được lượng khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường Với hệ thống phun nhiên liệudiesel điều khiển bằng điện tử và hệ thống tuần hoàn khí xả tạo cho động cơ luôn làm việc ởchế độ an toàn và hiệu quả cao

Bảng 3-1 Bảng thông số kỹ thuật động cơ 4

4 Tính toán thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ Duratorq 2.41.

4.1 Tính toán hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.41

4.1.1 Tính toán nhiệt (tính theo tài liệu [1])

Công suất, tính kinh tế nhiên liệu, độ tin cậy khi làm việc và tuổi thọ của động cơ phụthuộc vào mức độ hoàn thiện của chu trình công tác Vì vậy, việc nghiên cứu các quá trìnhtạo nên chu trình công tác của động cơ là rất cần thiết để tìm ra các quy luật diễn

Công suất cực đại 74[kW] / 3500[v/ph]

Momen xoắn cực đại 375 Nm / 2000 [v/ph]

Trang 29

xe Ford Transit

29

biến của chúng, phát hiện những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ấy, trên cơ sở đó xác địnhphương 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 Ket quả của tính toán nhiệt là xây dựng được

đồ thị công và đây là tài liệu cơ bản cho việc tính toán động học, động lực học, tính sức 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

4.1.1.2 Các thông số chọn ban đầu

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

Hệ số dư lượng không khí A 1,66

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

0,11 MN/m2

Chỉ số giản nở đoạn nhiệt m 1,5

Hệ số lợi dụng nhiệt tại z 0,8

Trang 30

Hệ số lợi dụng nhiệt tại b 0,85

17.5.1,05-0,110,151 = 0,926

(3-1)

• 10-5 =0,005

,10"5 T

Trang 31

xe Ford Transit

31

Trang 32

Áp suất cuối quá trình nạp pc [MN/m].Pc =Pa- '

p c =0,085.17.51’368 = 7.5 [MN/m2]

III Quả trình chảy:

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

w _ 1 (c H ơ"I ° 0,21 U2 4 32)

Trong đó:

c, H, o : Thành phần trong lKg nhiên liệu

5 Số mol khí nạp mới Mi

Mi = a.Mo = 1,66.0,495 = 0,821 [kmol/KK/kgnl]

v _ K+ỵ r J>'\ _ 0,00419+0,02.0,005 _ v 1

7wC' v= 19,826 + ^^.343.169 =20.549 2

5 Chỉ số nén đa biến trung bình ni

Tính gần đúng từ phương trình nén đa biến:

8,314a'v+^-T^+l)

6 Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc [°K]

Tc =Ta.£'n,_1

T c = 343.169.17.51’368-1 = 984 fKị

Trang 33

(3-18)(3-17)

9 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn

Với động cơ Diesel a > 1 thì AQh = 0

10 Tỷnhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z

Trang 34

9 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn

Với động cơ Diesel a > 1 thì AQh = 0

10 Tỷnhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z

Trang 35

b" M,.

vz 2 x_ + b" =

Zr

Ao y

11 Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz

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

Trang 36

IV Quá trình giãn nở:

Trang 37

3 Hiệu suất chỉ thị ĩ]i.

4 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi.

Trang 38

b = 0,012

pm = 0.09+ 0.012.11.03+ 0.11 -0.151 =0.181 (MN/m2) pm =

Trang 40

Đe vẽ được đồ thị công càn phải xác định các điểm trung gian trên đường nén và đường giãn nở.

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

Phương trình đường nén p.vn' = const, do đó nếu gọi X là điểm bất kỳ trên đường nén thì

ni- là chỉ số nén đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt

4.1.2.2 Xây đựng đường cong áp suất ừên đường giãn nở

Phương trình của đường giãn nở đa biến p.v"2 = const, do đó nếu gọi X là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì:

Định dạng
Số trang	83
Dung lượng	4,69 MB