Ô tô là một phương tiện vận tải quan trọng của hệ thống giao thông đường bộ. Trong hoạt động của cộng đồng, ô tô được sử dụng hết sức đa dạng và linh hoạt để chuyên chở người hang hóa với các khoảng cách khác nhau, trên nhiều địa hình. Ngành công nghiệp ô tô càng ngày phát triển vơi nhiều ứng dụng mới, công nghệ tiên tiến và thân thiện với môi trường Nhiều loại nhiên liệu được dung cho ô tô nhưng xăng và dầu diesel vẫn được sử dụng phổ biến. Một cơ cấu không thể thiếu trên ô tô chính là hệ thống cung cấp nhiên liệu trên xe ô tô. Nghiên cứu về hệ thống nhiên liệu trên xe ô tô rất quan trọng, giúp mọi người hiểu được sự hoạt động từ đó cải tiến hiệu suất làm việc giúp tiết kiệm nhiên liệu góp phần bảo vệ môi trường. Do kiến thức về mặt lý thuyết và thực hành còn hạn chế, bài làm của em không thể tránh khỏi sự thiếu sót. Em mong nhận được những ý kiến đóng góp, cũng như những chỉ bảo tận tình của thầy giáo. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Thành Bắc đã giúp em hoàn thành đồ án này. Hà Nội, Tháng 3 năm 2016 (Sinh viên thực hiện) Trần Minh Thành MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC. Chương 2: HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ DIEZEL TRÊN XE Ô TÔ BMVX1 Chương 3: KỸ THUẬT CHẨN ĐOÁN – BẢO DƯỠNG – SỬA CHỮA HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ DIEZEL TRÊN XE Ô TÔ BMVX1(sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail).
Trang 1Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Ô Tô
Ô tô là một phương tiện vận tải quan trọng của hệ thống giao thông đường bộ.Trong hoạt động của cộng đồng, ô tô được sử dụng hết sức đa dạng và linh hoạt để chuyên chở người hang hóa với các khoảng cách khác nhau, trên nhiều địa hình
Ngành công nghiệp ô tô càng ngày phát triển vơi nhiều ứng dụng mới, công nghệ tiên tiến và thân thiện với môi trường
Nhiều loại nhiên liệu được dung cho ô tô nhưng xăng và dầu diesel vẫn được sử dụng phổ biến Một cơ cấu không thể thiếu trên ô tô chính là hệ thống cung cấp nhiên liệu trên xe ô tô
Nghiên cứu về hệ thống nhiên liệu trên xe ô tô rất quan trọng, giúp mọi người hiểu được sự hoạt động từ đó cải tiến hiệu suất làm việc giúp tiết kiệm nhiên liệu góp phần bảo vệ môi trường
Do kiến thức về mặt lý thuyết và thực hành còn hạn chế, bài làm của em không thể tránh khỏi sự thiếu sót Em mong nhận được những ý kiến đóng góp, cũng như những chỉ bảo tận tình của thầy giáo
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Thành Bắc đã giúp em hoàn thành
đồ án này
Hà Nội, Tháng 3 năm 2016 (Sinh viên thực hiện) Trần Minh Thành
LỜI NÓI ĐẦU
Trang 2MỤC LỤCChương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRÊN THẾ GIỚI
VÀ TRONG NƯỚC.
Chương 2: HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG CHO
ĐỘNG CƠ DIEZEL TRÊN XE Ô TÔ BMV-X1
Chương 3: KỸ THUẬT CHẨN ĐOÁN – BẢO DƯỠNG – SỬA CHỮA HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ DIEZEL TRÊN XE
Ô TÔ BMV-X1(sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail).
Trang 4Chương 1: TỔNG QUAN VÀ THỨC TRẠNG SỬ DỤNG
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Trên thế giới
Ô tô, trước hết là một vấn đề về động cơ Vì cái xe chở đồ do Nicolas Joseph Cugnot sáng chế năm 1770 đáp ứng đúng nghĩa, theo nguyên nghĩa của
từ automobile (xe chạy tự động), tức là ô tô, nhưng có lẽ vô ích ghi vào danh mục vô vàn cái xe chạy bằng hơi nước, về sau được chế tạo khắp thế giới Dẫu sao, chúng ta cũng ghi nhận xe do người Pháp Pecquer sáng chế năm 1828, vì
nó là cái đầu tiên được trang bị một bánh vi sai Ta cũng ghi nhận một bộ phận quan trọng khác, cái tay lái đã được người xứ Bavière là Lankenoperger sáng chế năm 1817 (nhưng bằng phát minh lại đước cấp cho một người đồng hương của ông là Rudolf Ackerman, một nhà công nghiệp ở London, nên người ta thường gán sáng chế đó cho Ackerman)
Chiếc xe đầu tiên chạy bằng động cơ đốt trong, hoạt động theo chu trình bốn kì của Beau de Rochas là một chiếc xe đạp cổ, được kĩ sư Đức Gottlieb Daimler thử lắp cái động cơ một xilanh của ông năm 1885 Rồi đến năm 1886, một kĩ sư Đức khác là Carl Benz chế tạo một cái xe ba bánh, và thu được thành công lớn Chính là để khai thác các bằng phát minh của Daimler mà năm 1886,
ở Pháp đã thành lập công ty Panhard et Levassor, công ty lớn chuyên sản xuất ô
tô đầu tiên của Pháp Năm 1894, xe do ba người này thiết kế đã có các bộ phận chính, bố trí theo các vị trí mà sau này trở thành kinh điển
Nhưng nhiều nhà chế tạo khác cũng vào cuộc, nhất là De Dion - Bouton, người đã nhận bằng phát minh sự truyền động cho bánh sau, bằng các-đăng cũng trong năm 1894 ấy; năm sau, ông đưa ra hệ đánh lửa dùng ắcquy Năm
1895 cũng là năm đầu tiên mà chiếc ô tô do Daimler chế tạo được lắp bánh hơi, nhờ Michelin Và về Daimler, chúng ta ghi nhận rằng, năm 1897 ông đã sáng chế bộ tản nhiệt hình tổ ong Năm 1898, một nhà chế tạo là Louis Renault thành công ngay lập tức với chiếc xe con của ông Đặc biệt, nó là cái xe đầu tiên được trang bị một hộp số ba tốc độ, mà một được nối trực tiếp Cũng chính trên chiếc
xe này, lần đầu tiên xuất hiện máy phát điện một chiều Boudeville năm 1900 đã hoàn thành cái manhêtô đánh lửa (tới lúc ấy hệ thống thường dùng là cái ống nóng sáng, mà đầu được cái bếp nung cho nóng đỏ, đước ấn sâu vào xilanh)
Trong lúc đó, các nhà sáng chế vẫn kiên trì nghiên cứu và hoàn chỉnh xe điện Người ta hiểu được lòng tin của họ vào công thức ấy, khi nhớ lại năm
1899, một trong số họ là Jenatzy đã đạt kỉ lục tuyệt đối về tốc độ khi lái chiếc Jamais Contente (không bao giờ hài lòng) của ông với tốc độ 105,882 km/h Đầu thế kỉ 20, ô tô đã tự giải thoát khỏi hình dáng của xe ngựa, trong diện mạo của
nó, chiếc Mercédes năm 1901 là đặc trưng cho sự thay đổi ấy, mà Renault đã khởi đầu năm 1898 Thời kì này cũng đánh dấu sự khởi đầu của sán xuất ô tô hàng loạt: Ramson E Olds sản xuất 1500 ô tô/năm
Trang 5Tuy nhiên, các tiến bộ kĩ thuật vẫn phát triển Những năm đầu thế kỉ 20 đã chứng kiến việc dùng phanh tang trống và khung gầm bằng tôn dập (khung Daimler, ở Đức, khung Arbel, của xưởng rèn Douai, ở Pháp) Rồi từ 1904, chiếc
ô tô Vauxhall có cần sang số lắp trên cột tay lái Năm 1905, Pieere Bossu sáng chế bộ khởi động bằng điện (tuy nhiên mãi đến năm 1911 mới được Kettering dùng trên một chiếc Cadillac, nên người ta thường gán sáng chế này cho
Kettering) Cũng năm 1905, người Mĩ Christie sáng chế bộ dẫn động bánh trước
và Truffault sáng chế cái giảm xốc dùng ma sát Đó cũng là năm xuất hiện kính chắn gió Cuối cùng, năm 1908, André Michelin có ý tưởng dùng bánh xe chập đôi cho xe trọng tải lớn Mười lăm năm trôi qua với nhiều tiến bộ, năm 1913 đánh dấu triển vọng thật sự của công nghiệp ô tô, với việc Henry Ford đưa vào vận hành dây chuyền lắp ráp hàng loạt đầu tiên Đó là chiếc Ford-T, chiếc xe bình dân đầu tiên, bị tước bỏ mọi phụ tùng thừa, và được sản xuất tới 18 triệu chiếc Quy tắc sản xuất hàng loạt được áp dụng một cách nghiêm chỉnh đến mức mọi xe đều được giao cho khách với màu sơn đen Ford nói: "Khách hàng có thể yêu cầu bất cứ màu gì ", rồi ông thêm " miễn là đen"
Ngay sau Thế chiến Thứ nhất, ở Mĩ đã xuất hiện thùng xe toàn bằng thép (ở Pháp, mãi tới năm 1925 mới được hãng Citroen chấp nhận, nhưng với một số vốn đầu tư khiến công ty đứng bên bờ vực phá sản) Năm 1922, nhà chế tạo Italia Vincenzo Lancia giới thiệu một loại ô tô khác, có hệ thống treo phía trước, với bánh xe độc lập Nó chủ yếu là xe sản suất hàng loạt không có khung gầm, tức là thùng xe tự mang, nhờ đó xe có sàn cực kì thấp Năm 1926, hai kĩ sư trẻ Jean A Grégoire và Pierre Fenaille tung ra chiếc Tracta, xe đầu tiên dẫn động bằng bánh trước, hoạt động mĩ mãn, đặc biệt nhờ sự nối đồng tốc, hệ thống này trong Thế chiến Thứ hai đã được áp dụng cho xe Jeep và các ô tô bốn bánh có động lực khác Cũng trong nam này, hệ thống đánh lửa bằng Delco (Delco, chữ viết tắt của Dayton Engineering Laboratorie Co, Ohio) bắt đầy thay thế hệ đánh lửa dùng manhêtô
Năm 1928 chứng kiến một sự đổi mới, hộp số đồng bộ hóa đầu tiên (xe Cadillac) và một điều kì lạ, xe của người Đức Adam Opel đẩy bằng tên lửa Xe Tatra của Séc đáng chú ý về nhiều mặt, năm 1931, chiếc xe ô tô đầu tiên có thùng xe khí động lực được sản xuất hàng loạt (các mẫu thử của Đức có thùng
xe kiểu giọt do Rumpler chế tạo năm 1921, và Benz năm 1923 đều không được chấp nhận) Năm 1932, Cotal sáng chế hộp số điện từ Rồi năm 1940,
Oldsmobile tung ra những chiếc ô tô đầu tiên sang số tự động
Những tiến bộ quan trọng nhất được ghi nhận từ khi kết thúc Thế chiến Thứ hai: năm 1950, ở Anh đã chế tạo chiếc xe ô tô đầu tiên chạy bằng tuabin khí (Rover); năm 1952, những chiếc ô tô đầu tiên được sản xuất hàng loạt với tay lái
có trợ lực Chrysler ; năm 1953, xuất hiện cái phanh đĩa trên xe Jaguar của Anh,, khi tham gia "Hai mươi bốn giờ ở Mans" Năm 1960, ô tô NSU Wankel có động
cơ dùng pittông quay và ô tô chạy trên đệm không khí xuất hiện
Trang 6Từ những năm 1970 trở đi, các thế hệ ô tô mới đều có đặc điểm chủ yếu
là nâng cao công suất, giảm mức tiêu thụ chất đốt, và khí gây ô nhiễm, gia tăng vai trò của thiết bị điện tử (năm 1990 các hệ thống điện tử lắp đặt cho ô tô đã chiếm 6% giá tiền một xe, và con số này tời năm 2000 tăng gấp ba), các nỗ lực tăng tiện nghi , độ an tòan, sự hoàn thiện và trang thiết bị: chẳng hạn, đai an toàn (bắt buộc từ 1973 ở Pháp), hệ thống phanh ABS, đệm an toàn tự thổi phồng, hay Air Bags (được Mercédes tung ra thị trường lần đầu tiên vào năm 1981), ống xả xúc tác (do General Motors hoàn chỉnh năm 1974), nó trở thành bắt buộc ở nhiều nước công nghiệp Nói chung, các xe loại trung bình có xu hướng bắt kịp mức về thiết bị và sự hoàn thiện, trước đây chỉ dành cho ô tô loại sang Thùng
xe được làm thuôn để giảm tối thiểu sức cản không khí và sử dụng hợp kim hoặc vật liệu composite nhẹ, nhưng chịu đựng tốt cả sự va chạm lẫn ăn mòn
Cuối cùng, người ta cũng dự kiến sự phát triển các hệ thống trợ giúp bên ngoài cho người lái, các hệ này dựa vào các thông tin đã đặt sẵn trong xe và các tín hiệu thu được từ ngoài (khí tượng, mức độ ùn tắc, ) mà đưa ra cho người lái
xe những chỉ dẫn và lời khuyên để đưa xe theo lộ trình tốt nhất: năm 1995 chiếc
xe Safrana Carmina, đó là chiếc xe ô tô đầu tiên ở châu Âu có trang bị một hệ bản đồ định vị (GPS) và chỉ dẫn hành trình
Về phần ô tô điện, thực tế đã có hơn 100 năm tuổi, nó cũng được quan tâm trở lại vì sự tăng giá nhiên liệu, sự gia tăng ô nhiễm Nhưng vấn đề chủ yếu
mà nhiều nhà chế tạo bị "chất vấn" là mức dự trữ năng lượng và chi phí về ắc quy; do đó tạm thời ô tô điện chỉ để sử dụng trong các thành phố Từ năm 1993,
ở La Rochelle đã tiến hành cuộc thử nghiệm đầu tiên của Pháp trên lĩnh vực "ô
tô điện" do Peugeot thiết kề, được nạp điện lại tại các trạm công cộng do EDF đặt cuối cùng, cũng có thể nghĩ đến loại ô tô lai tạp, mà động cơ vừa sử dụng điện năng, vừa sử dụng nhiệt năng: đó là trường hợp của xe Swatchmobile, dự
án do Mercédes phát triển cho nhà chế tạo đồng hồ nổi tiếng
1.2 Tại Việt Nam
1.2.1 Lịch sử phát triển
- Giai đoạn 1: Giai đoạn chế tạo thử nghệm đơn chiếc, bắt đầu từ năm
1960 với chiếc xe 3 bánh Chiến Thắng và kết thúc vào năm 1970 - 1972 với chiếc xe Trường Sơn và xe vận chuyển nông thôn VC1 do các nhà sản xuất trong nước thực hiện và không thể phát triển tiếp được
- Giai đoạn 2: Lắp ráp với các lien doanh ô tô đầu tiên có vốn nước ngoài năm 1992 và phát triển mạnh mẽ năm 1997 – 1998 khi mà hàng loạt lien doanh được cấp giấy phép cuối năm 1995 và hoàn tất việc xây dựng (11 liên doanh) Sự có mặt của các liên doanh đặc biệt là liên doanh với các hãng lớn như
Toyota, Ford…đã có những đóng góp đáng kể cho nền công nghiệp ô tô Việt Nam Các nhà máy lắp ráp sản xuất ô tô tương tự như trên thế giới về nguyên tắc, nhưng khác nhau ở quy mô và tự động hoá Tuy nhiên việc đầu tư của các
Trang 7công ty vào Việt Nam trong công nghiệp ô tô chỉ mới dừng lại ở công đoạn lắp ráp Có thể do những nguyên nhân sau:
+ Thị trường nhỏ phân chia cho nhiều nhà sản xuất, sản lượng của các nhà sản xuất thấp
+ Các nhà sản xuất ô tô lớn hầu như đã sắp xếp xong hệ thống các nhà cung cấp sản xuất các linh kiện tại các nước lớn
+ Hầu như chưa xuất hiện các nhà cung cấp lớn ở Việt Nam với tư cách là các nhà sản xuất độc lập
1.2.3 Vẫn đề sử dụng động cơ đốt trong tại Việt Nam
Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước Ngành động cơ đốt trong là một trong những ngành đang trong quá trình phát triển mạnh, Hiên nay sử dụng cơ khí nói chúng hay động cơ đốt trong nói riêng không còn là vẫn đề gì mới mẻ với đất nước ta mà nó là sự hiện hữu thương xuyên trong đời sống kinh tế - xã hội,nó là trái tim của ngành công nghiệp ,vì thế mà Đảng và nhà nước ta ko ngừng có những chính sách,đầu tư và những định hướng cụ thể Với nhiều loại máy hiện đại, tân tiến được chế tạo và đầu tư
để đáp ứng được nhu cầu sử dụng và khai thác tại nước ta Động cơ đốt trong ngày nay càng ngày càng được sử dụng rộng rãi trong thực tế đời sống vì những tiện ích mà nó mang lại cho vẫn để phát triển kinh tế xã hội Tuổi thọ của máy được quyết định bởi các cụm máy chính như động cơ, bộ truyền động, bộ phận công tác…tuổi thọ của các cụm máy được quyết định bởi tuổi thọ của các chi tiết chính, do đó việc nghiên cứu sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động
cơ của chúng nhằm đưa ra các biện tối ưu nhất cho việc sử dụng nhiên liệu cho động cơ để thấy được tầm quan trọng của việc sử dụng nhiện lieu cho động cơ đốt trong
• Tên các hãng xe ở Việt Nam:
Bảng 1.1: Tên các hãng xe ở Việt Nam:
1 Công ty ô tô du lịch Trường Hải Kia KIA
2 Công ty Liên doanh Hino Motors
Trang 8Tên công ty Tên thương hiệu
5 Công ty Liên doanh Mercedes-Benz
8 Công ty Liên doanh ô tô Hòa Bình
10
Công ty Liên doanh sản xuất ô tô
11 Tổng công ty cơ khí GTVT Sài Gòn
12 Công ty ô tô Trường Hải Kia, Daewoo, Foton, Thac
o
13 Tổng công ty máy động lực & máy
14 Tổng công ty Công nghiệp than &
khoáng sản Việt Nam (Vinacomin) Kamaz, Kraz
16 Tổng công ty công nghiệp ô tô Vinamotor, Tran sinco
1.3 Tầm quan trọng của động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong lần đầu tiên ra đời đến nay đã hơn 1 thế kỉ.Từ đó đến nay nghành động cơ đốt trong đã có những bước tiến dài cả về hình thức lẫn chức năng của nó đối sống con người,động cơ đốt trong được dùng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống nhất là trong các nghành kinh tế: giao thông-vận tải,nông-lâm-ngư nghiệp,khai khoáng, v,v…
Năng lượng do động cơ đốt trong tạo ra chiếm khoảng 80% năng lượng
Trang 9dùng năng lượng mặt trời,còn lại 10% là do các thiết bị động cơ nhiệt không phải là động cơ đốt trong
Chỉ tính riêng khoảng thời gian 2 năm từ 1959-1960 công suất của động
cơ đốt trong trên toàn thế giới đã lên tới 1,5 tỉ mã lực Như vậy đủ thấy rõ động
cơ đốt trong đã đóng một vai trò quan trọng trong nghành động lực nói chung
1.4 Lịch sử phát triển của ngành động cơ đốt trong
Lịch sử phát triển của nghành động cơ đốt trong được chia ra làm 2 cách
a, Xác định theo mốc thời gian
- Ý tưởng về động cơ được hình thành từ năm 1506, từ những bức vẽ của danh họa nổi tiếng Leonardo de Vinci,Hơn một thế kỉ sau, nhà vật lý học người Đức Christian Huygens tiếp tục phát triển ý tưởng của Leonardo de Vinci khi thiết kế loại động cơ chạy bằng thuốc súng đầu tiên vào năm 1673 Tuy nhiên, loại động cơ này đã không được đưa vào sản xuất Vào năm 1807, Francois Isaac De Rivaz, người Thụy Điển, đã phát minh ra loại động cơ đốt trong dùng hỗn hợp khí Hydro và Oxi làm nhiên liệu Rivaz cũng thiết kế riêng một chiếc xe sử dụng động cơ này Tuy nhiên, thiết kế của ông đã không thành công như mong đợi
- Năm 1823, dựa trên ý tưởng của Leonardo, Samual Brown cho ra đời một loại động cơ được cải tiến từ động cơ hơi nước Được chạy thử thành công trên một chiếc xe ở khu đồi Shooter (Anh) nhưng loại động cơ này đã không trở nên phổ biến vì nó khá lạc hậu so với tình hình giao thông lúc bấy giờ
- Mãi tới năm 1860, lịch sử ngành động cơ xe hơi mới được chính thức bắt đầu khi chiếc xe chạy bằng động cơ đốt trong đầu tiên được cấp bằng sáng chế do ông lenoi chế tạo,động cơ chạy bằng khí đốt và có hiệu suất ne= 2-4%
- 1876 một nhà buôn ở thành phố Koln nước Đức chế tạo một loại động cơ chạy bằng khí đốt nhưng hiệu suất cao hơn ne=10%
- 1886 hãng Daimler-Maybach cho suất xưởng động cơ xăng đầu tiên có công xuất ne=0,25 mã lực,với số vòng quay ne=600 vòng/phút
- 1897 động cơ Điêzn đầu tiên ra đời có hiệu suất ne=26%
- 1902 chế tạo hang loạt nhưng vẫn dùng tay quay
- 1911 mới có máy khởi động thay thế tay quay
- 1954 động cơ piston quay do hang USN- Wankel chế tạo nổi bật chức năng gọn nhẹ
- Từ đó tới nay nghành chế tạo động cơ đốt trong phát triển mạnh mẽ với rất nhiều loại xe,số lượng,chất lượng tốt được sản xuất trên thế giới,được chạy bằng xăng hoặc diezen, v.v
b, Xác định theo các giai đoạn sủ dụng nhiên liệu động cơ:
* Giai đoạn 1:
Trang 10Giai đoạn mà các vấn đề nguyên lý cơ bản đã được xác định một phần Đầu tiên nguyên lý động cơ đốt trong được ứng dụng vào loại động cơ chạy bằng thuốc nổ và không khí của Papinh và Huyghen vào khoảng 1680 đến 1688 Nhưng sau đó không phát triển đợưc vì người ta đã phát minh ra máy hơi nước (PunDunop) người Nga phát minh 1763 và Watt người Anh phát minh 1782 Nhưng do hiệu suất đương thời của máy hơi nước quá thấp nên đầu thế kỷ 19 người ta lại bắt tay vào nghiên động cơ đốt trong Năm 1860 Lenoir người Pháp
đã tổng kết một số kinh nghiệm của các nhà bác học đã chế thành công động cơ hai kỳ phỏng theo kết cấu của máy hơi nước dùng nhiên liệu thể khí, điểm lửa bằng điện hiệu suất của động cơ đầu tiên đó là: = 2 – 4% Tuy nhiên lịch sử phát triển của động cơ đốt trong lại gắn liền với tên tuổi của Nico lai ôtô người Đức Năm 1877 Nico lai ôttô cộng tác với Lăngghen người Pháp đã chế tạo thành công bộ động cơ 4 kỳ chạy bằng khí than Ông là người tổng kết và thực hiện các nguyên lý của động cơ đốt trong của các nhà bác học trước ông như:
Nguyên lý điểm lửa bằng điện do Lơbông người Pháp đề xuất 1801 - Điểm lửa
ở điểm chết trên do Welmanrait đề ra năm 1833 Degrant người Pháp năm 1858
đề nghị dùng hành trình nén để nén khí hỗn hợp Nguyên lý làm việc theo 4 hành trình do Boderossa đề ra 1861
* Giai đoạn 2:
Giai đoạn nghiên cứu động cơ chạy bằng dầu nặng Giai đoạn này được
mở đầu thành công của Dolfdiesd và giữ độc quyền chế tạo loại động cơ có tỷ số nén cao Nhiên liệu đầu tiên ông dùng là bột than dùng quá trình cháy đẳng nhiệt, không làm mát động cơ nhưng đã thất bại Sau đó ông dùng dầu lửa làm nhiên liệu đổi thành quá trình cháy đẳng áp và có làm mát động cơ Năm 1897 ông đã thành công trong việc chế tạo động cơ nói trên với công suất 20 mã lực là 241g/mã lực giờ Hiệu suất đạt 26%
Năm 1897 nhà máy Hoben ở Petecbua mua được bằng phát minh của Diesel và năm 1899 đã chế tạo thành công động cơ Điezen tính năng vượt xa động cơ của Diesel thiết kế Động cơ của xưởng này lại dùng được nhiều loại nhiên liệu, xuất tiêu hao nhiên liệu là 221 g/mã lực giờ Công suất động cơ 25
mã lực tính năng vận hành tốt Các nhà bác học Nga đóng vai trò xuất sắc trong việc ứng dụng động cơ diezen trong ngành hàng hải
* Giai đoạn 3:
Giai đoạn nghiên cứu dùng nhiên liệu thể lỏng
Động cơ khí than dần dần không đáp ứng được đòi hỏi về động lực dùng trên ôtô tải Vì vậy các nhà bác học bắt đầu nghiên cứu dùng nhiên liệu thể lỏng Đầu tiên Hock người Đức đề xuất năm 1873 mở đầu cho giai đoạn này là giai đoạn động cơ có kích thước bé công suất lớn Đáng kể là Kotovich người (Nga) năm 1870 đã chế tạo bộ động cơ dùng nhiên liệu lỏng đầu tiên trên thế giới với
Trang 11công suất 80 mã lực, trọng lượng đơn vị 8kg/ mã lực Lúc đầu dùng trên tàu sau
đó dùng trên khinh khí cầu
* Giai đoạn 4:
Giai đoạn phun nhiên liệu vào động cơ bằng thiết bị cơ giới Các loại động cơ đốt trong chế tạo trước năm 1903 đều dùng không khí nén để phun nhiên liệu thành những hạt nhỏ Cho tới năm 1963- 1908 kỹ sư Mamin (Nga) mới chế tạo thành công động cơ 4 kỳ đầu tiên phun nhiên liệu bằng cơ khí (thực
ra ý định phun nhiên liệu bằng cơ khí là của Trinkler sinh viên trường công nghệ Lêningrat) Trong giai đoạn này phương pháp phun nhiên liệu bằng cơ khí dần dần gạt bỏ phương pháp phun bằng khí nén và ngày càng hoàn hảo, được dùng rộng rãi trong các động cơ ngày nay Năm 1907 giáo sư ViGrinnewky là người đầu tiên đã phát biểu một cách hoàn chỉnh nhất về nguyên lý làm việc của động
cơ đốt trong và phương pháp tính toán cac quá trình công tác của động cơ đốt trong Sau ông là nhà bác học B.K.Wazung, N.R.Bringlin, A.N.Crelest và các nhà bác học các nước khác đã bổ sung thêm vào hoàn chỉnh các vấn đề thuộc nguyên lý và tính toán động cơ
•Hiện nay ngành chế tạo động cơ đốt trong đã đạt trình độ cao: Động
cơ tàu thuỷ và tính tải tại mạnh hàng vạn mã lực, động cơ ôtô máy kéo với tốc độ vòng quay 5000vòng/ phút, có công suất 500 mã lực (xe du lịch) suất tiêu hao nhiên liệu giảm xuống còn 150g/ mã lực giờ Động cơ máy bay với công suất hàng ngàn mã lực đã làm cho tốc độ bay rất nhanh Tên lửa ngày nay đã có sức mạnh đưa những con tàu lên điều khiển quỹ đạo
Theo số liệu thì 1150 (Triều đại Nam Tống) đã có đèn kéo quân, nguyên
lý của tua bin khí cháy Đời Tống Nhân Tông đã dùng vũ khí hoả tiễn Thế kỷ
14 nhà bác học Vạn Hoa đã dùng 47 hoả tiễn để tiến hành cuộc bay thí nghiệm
để đưa ông lên không trung nhưng đã thất bại Chế độ phong kiến Trung Quốc
đã kìm hãm sự phát triển của những phát minh nói trên và ứng dụng vào làm trò tiêu khiển (đèn kéo quân, pháo thăng thiên ) Cho nên trong một thời gian dài
kỹ thuật của Trung Quốc vẫn không thoát khỏi tình trạng lạc hậu Mãi sau này giải phóng 1949 kỹ nghệ chế tạo động cơ đốt trong ở Trung Quốc mới được phát triển mạnh mẽ
1.5 Phân loại động cơ đốt trong
a Dựa vào nhiên liệu:
- Động cơ xăng: dùng xăng làm nhiên liệu,hòa khí được châm cháy nhờ tia
Trang 12- Động cơ ga – diezen :dùng nhiên liệu khí là khoảng 5% là nhiên liệu diezen để làm mồi lửa đốt nhiên liệu khí.
b Dựa vào hành trình của piston thực hiện trong một chu trình làm việc:
- Động cơ 2 kỳ:một chu trình công tác được thực hiện trong hai hành trình của piston tương đương trục khuỷu quay một vòng
- Động cơ 4 kỳ:một chu trình công tác được thực hiện trong bốn hành trình của piston tương đương trục khuỷu quay hai vòng
c Dựa vào phương phát nạp nhiên liệu vào xi lanh:
- Động cơ tăng áp:không khí hoặc hòa khí được nạp vào xi lanh với áp suất lớn hơn khí trời nhờ 1 thiết bị tăng áp(máy nén khí) hoặc khí quét đã được nén tới 1 áp suất cao vừa quét sạch vừa nạp đầy vào xi lanh(động cơ 2 kỳ)
- Động cơ không tăng áp:không khí hay hòa khí(hỗn hợp của nhiên liệu và không khí) được nạp vào xi lanh động cơ do sự chênh áp giữa xi lanh và đường ống nạp(động cơ 4 kỳ) hoặc khí quét tới một áp suất đủ lớn để thực hiện trao đổi môi chất và nạp đầy xi lanh(động cơ 2 kỳ)
d Dựa vào phương pháp hình thành hòa khí:
- Động cơ hình thành hòa khái bên ngoài: không khí và nhiên liệu được hào trôn và hình thành từ bên ngoài rồi mới được nạp vào trong xi lanh của động cơ gồm có: động cơ xăng và động cơ ga
- Động cơ hình thành hòa khái bên trong: hòa khí của nhiên liệu và không khí được hình thành bên trong xi lanh động cơ, nhiên liệu được phun vào dòng không khí nóng bên trong động cơ ở cuối kì nén
e Dựa vào phương pháp đốt cháy nhiên liệu trong buông đốt:
- Đốt cháy cương bức: hòa khí được đốt cháy cưỡng bức ở cuối kì nén nhờ một nguồn nhiệt bên ngoài( tia lửa điện của bugi),đây là loại động cơ dùng chế hòa khí và động cơ ga
- Động cơ cháy tổ hợp (ga- diezen): hòa khí của nhiên liệu được đốt cháy cưỡng bức nhờ ngon lửa do tự cháy của nhiên liệu mồi, nhiên liệu mồi được phun vào ở cuối quá trình nén và tự bốc cháy ở nhiệt độ cao
- Động cơ nhiên liệu tự cháy (động cơ diezen): nhiên liệu lỏng được phun tơi vào buồng cháy và tự bốc cháy nhờ nhiệt độ cao của không khí bị nén
ở cuối quá trình nén
f Dựa vào tốc độ làm việc của động cơ:
- Động cơ tốc độ cao: là loai động cơ có vận tốc tb của piston Vtb>6,5m/s
- Động cơ có tốc độ tb và thấp: là loại động cơ vận tốc tb của piston Vtb<6,5m/s
g Phân loại theo chuyển động của piston:
- Chuyển động tịnh tiến
- Động cơ piston quay(động cơ roto)
h Dựa vào phương pháp làm mát động cơ:
Trang 13- Động cơ làm mát bằng nước, dung dịch làm mát.
- Đối lưu tự nhiên
- Đối lưu cưỡng bức
- Động cơ làm mát bằng không khí: Nắp mày và than máy có chế tạo cánh tản nhiệt để làm mát bằng không khí
- Phân loại theo số xilanh:
- Động cơ một xilanh
- Động cơ nhiều xilanh:2,3,4…
k Phân bố theo cách bố trí dãy xi lanh đối với động cơ nhiều xilanh
- Động cơ một hang xilanh:
Hình 1.1: Hình minh họa động cơ một hàng xylanh.
- Động cơ hình sao:
Hình 1.2: Hình minh họa động cơ hình sao.
- Động cơ piston đối đỉnh:
Trang 14Hình 1.3: Hình minh họa động cơ piston đối đỉnh.
- Đông cơ chữ V:
Hình 1.4: Hình minh họa động cơ chữ V.
Trang 15Chương 2: HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG CHO
ĐỘNG CƠ DIEZEL TRÊN XE Ô TÔ BMV 2.1 Tổng quan hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng cho động cơ Diezel
Động cơ diesel ra đời năm 1917 do ông DIEZEL người Đức sáng chế ra và từ đó đến này cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật thì động cơ diesel cũng được cải tiến và phát triển liên tục cả về hình dáng cũng như kết cấu làm cho động cơ nâng cao hiệu suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường
Ưu điểm của động cơ diesel là:
- Hiệu suất cao
- Công suất lớn
- Tỷ số nén cao
- Lượng tiêu hao nhiên liệu ít
- Không có hiện tượng kick nổ
- Lượng khí thải ra môi trường ít độc hại
Với những ưu điểm trên, động cơ diezel được sử dụng rộng rãi trong giao thông vận tại đặc biệt là các xe tải, xe khách, động cơ tàu thủy,… Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật động cơ đã có nhiều cải tiến, đặc biệt về hệ thống cung cấp nhiên liệu làm cho động cơ giảm được tiếng ồn và cải thiện được tính năng tăng tốc, Do đó động cơ diesel đang được phát triển mạnh trên xe du lịch hiện nay
Trước những năm 1920, hệ thống cung cấp nhiên liệu được thiết kế và chế tạo tại các công ty chế tạo động cơ Công ty BOSCH của Đức đã phát triển lại bơm có sự định lượng theo kiểu cổng xoắn Sử dụng các nguyên lý này và các phương pháp sản xuất hiện đại, BOSCH còn có khả năng chế tạo thiết bị phun nhiên liệu dịch chuyển dương có độ tin cậy cao Loại bơm này có sự dịch
chuyển dương với piston lắp chặt trong xylanh đẩy nhiên liệu trong xylanh tạo
ra sự dịch chuyển rất nhanh
Ngày nay hệ thống cung cấp nhiên liệu được cải tiến rất nhiều nhưng về
cơ bản nó vẫn phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Bảo quản, làm sạch và vận chuyển nhiên liệu
- Định lượng nhiên liệu theo yêu cầu đáp ứng tất cả các tải và các tốc độ cân bằng lượng nhiên liệu phân phối cho từng xylanh động cơ như nhau để đảm bảo công suất giữa các xylanh của động cơ nhiều xylanh
- Phun nhiên liệu vào đúng thời điểm của động cơ theo tải và theo tốc độ
- Đảm báo bắt đầu và kết thúc nhanh để nhiên liệu được phun sương đều
- Phun nhiên liệu theo tốc độ cần thiết để điều khiển quá trình cháy và áp suất trong xylanh
Trang 16- Định hướng, phân phối, phun sương nhiên liệu một cách đồng đều đáp ứng yêu cầu theo sự thiết kế của buồng đốt.
Trong nhiều năm nghiên cứu và cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel đến năm 1993 hệ thống cung cấp nhiên liệu mới đã thành công trong thử nghiệm và nhờ với việc kết hợp với hãng ROBERT BOSCH năm 1997 hệ thống nhiên liệu mới cho động cơ diesel được gọi là Common Rail được sản xuất hàng loạt Căn cứ vào các ưu điểm của hệ thống phun này đông cơ diesel chọn hệ thống phun nhiên nhiên liệu Common Rail là lựa chọn số một
Nhiệm vụ chính của hệ thống Common Rail:
- Dự trữ nhiên liệu:
- Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định mà không cần cấp thêm nhiên liệu vào, lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu, giúp nhiên liệu luân chuyển dễ dàng trong hệ thống
- Cung cấp nhiên liệu cho động cơ : Đảm bảo tốt các yêu cầu sau:
+ Phun nhiên liệu vào đúng xy lanh thời điểm, đúng quy luật
+ Đối với động cơ nhiều xylanh thì lượng nhiên liêu phun vào các xylanh phải đồng đều trong một chu trình công tác
- Tạo áp suất cho chu trình phun và phân phối nhiên liệu cho tùng xylanh
- Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa
số lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạng buồng cháy, cường độ và phương hướng chuyển động của mỗi chất trong buồng cháy để hoà khí được hình thành nhanh và đều
Các ưu điểm của hệ thống Common Rail:
- Khoảng làm việc của áp suất phun rất rộng được lấy trong vùng đặc tính
- Áp suất phun cao ở mọi chế độ tốc độ
- Chia lượng nhiên liệu phun làm hai lần, lần một gọi là phun mồi, lần hai gọi là phun chính nhờ vậy mà động cơ chạy êm hơn
- Sự bắt đầu phun nhiên liệu với chu trình phun trước, phun chính và phun trễ
- Hệ thống khí thải được sử lý một cách tốt nhất
2.2 Phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu Diezel
Dựa vào các loại bơm cao áp của hệ thống nhiên liệu ta có thể phân loại
sơ bộ hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thành 3 loại sau
2.2.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm dãy
Bơm cao áp là 1 loại bơm gồm nhiều tổ bơm ghép thành 1 khối có vấu cam điều khiển nằm trong thân bơm và điều khiển chung bằng 1 thanh răng:
Trang 17Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm dãy.
1: Thùng chứa nhiên liệu
Trang 18Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm cao áp loại bơm phân phối
1- Thùng chứa nhiên liệu
2.2.3 Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diezel điện tử
Ta có bảng 2.1: Hệ thống nhiên liệu Diezel điện tử:
Trang 19Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail , bơm cao áp cung cấp nhiên liệu áp suất cao (80-180Mpa) cho một dường chung ( Comon Rail) sau đó nhiên liệu được đưa tới các vòi phun , loại này viết tắt là TDCi ( Turbocharge Comon Rail inejction) Hệ thống TDCi được sử dụng bắt đầu từ năm 1995 trên các động cơ diesel, cho đến nay hệ thống này không ngừng được hoàn thiện và phổ biến rộng rãi tên tất cả các ô tô đời mới.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail
Cấu Tạo hệ thống
Hệ thống nhiên liệu trong một hệ thống Common Rail bao gồm hai vùng:
- Vùng nhiên liệu áp suất thấp:
- Bình chứa nhiên liệu
Trang 20- Đường nhiên liệu áp suất thấp.
- Bơm tiếp vận
- Lọc nhiên liệu
- Vùng nhiên liệu áp suất cao:
- Bơm cao áp
- Kim phun
- Ống trữ nhiên liệu áp suất cao
- Đường ống dẫn nhiên liệu áp suất cao
- Cảm biến áp suất ống
- Van điều khiển áp suất
- Van giới hạn áp suất
- Van hạn chế dòng chảy
- ECU và các cảm biến
Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail.
1- Thùng chứa
2- Ống tản nhiệt
3- Bộ lọc
4- Van đóng mở (theo nhiệt độ)
5- Bơm chuyển nhiên liệu
6- Van điều áp suất thấp
7- Van điều áp suất cao
8- Đường ống dự trữ
9- Cảm biến áp suất nhiên liệu
Trang 21Khi bật khoá điện nhiên liệu được một bơm điện đặt trong thùng nhiên liệu được ECU điều khiển đẩy nhiên liệu qua bầu lọc nhiên liệu cung cấp cho bơm áp thấp kiểu bánh răng nằm trong bơm áp cao Khi khởi động động cơ bơm bánh răng làm việc sẽ cung cấp nhiên liệu cho bơm áp cao làm việc Khi động
cơ làm việc ECU sẽ điều khiển cho bơm điện ngừng hoạt động Nhiên liệu có áp suất cao được tạo ra từ bơm áp cao đưa đến ống Rail Từ Rail nhiên liệu được phân phối thường trực tại các vòi phun của động cơ ECU nhân tín hiệu từ các cảm biến và phát tín hiệu đến các vòi phun ECU tính toán và quyêt định lượng nhiên liệu và cung cấp và thời điểm phun cho động cơ Lượng dầu hồi từ ống Rail và các vòi phun sẽ theo hai đường dầu hồi một đường quay trở lại bơm bánh răng, còn một đường quay trở lại thùng nhiên liệu
2.3 Cấu tạo các bộ phận của hệ thống
2.3.1 Bình chứa nhiên liệu
Bình chưa nhiên liệu phải làm từ vật liệu chống ăn mòn và phải dữ cho không bị rò rỉ ở áp suất gấp đôi áp suất hoạt động bình thường, van an toàn phải được lắp để áp suất quá cao có thể tự thoát ra ngoài Nhiên liệu cùng không được rò rỉ ở cổ nối với bình lọc nhiên liệu hay thiết bị bù áp suất khi xe bị rung xóc nhỏ, cũng như khi xe vào cua hoặc dừng hay chạy trên đường dốc Bình nhiên liệu và động cơ phải nắm cách xa nhau để trong trường hợp tai nạn xảy ra sẽ không có nguy cơ bị cháy
Trang 222.3.2 Đường nhiên liệu áp suất thấp
Đường ống nhiên liệu mềm được bọc thép thay thế cho đường ống bằng thép và được dùng trong ống áp suất thấp Tất cả các bộ phận mang nhiên liệu phải dược bảo vệ một lần nữa khỏi tác động của nhiệt độ Đối với xe buýt, đường ống nhiên liệu không được đặt trong không gian của hành khách hay trong cabin xe cũng như không thể phân phối bằng trọng lực
2.3.3 Bơm tiếp vận
Bơm tiếp vận bao gồm một bơm bằng điện với lọc nhiên liệu, hay một bơm bánh răng
Bơm hút nhiên liệu từ bình chứa và tiếp tục đưa đủ lượng nhiên liệu đến bơm cao áp
2.3.4 Lọc nhiên liệu
Một bộ lọc không thích hợp có thể dẫn đến hư hỏng cho các thành phần của bơm, van phân phối và kim phun Bộ lọc nhiên liệu làm sạch nhiên liệu trước khi đưa đến bơm cao áp, và do đó ngăn ngừa sự mài mòn nhanh của các chi tiết của bơm
Hình 2.4: Lọc nhiên liệu.
1 Nắp lọc dầu
2 Đường dầu vào
3 Phần giấy lọc
Trang 234 Bọng chứa dầu sau khi lọc.
5 Phần chứa nước có lẫn trong dầu
6 Thiết bị báo mức nước trong bầu lọc khi vượt mức cho phép
7 Đường dầu ra
Nước lọt vào hệ thống nhiên liệu có thể làm hỏng hệ thống ở dạng ăn mòn Tương tự với các hệ thống nhiên liệu khác, hệ thống Common Rail cũng cần một bộ lọc nhiên liệu có bình chứa nước, từ đó nước sẽ được xả Một số xe
du lịch lắp động cơ Diezel thường có thiết bị cảnh báo bằng đèn khi lượng nước trong bình lọc vượt quá mức
2.3.5 Bơm cao áp
Bơm cao áp tạo áp lực cho nhiên liệu một áp suất lên đến 1350 bar, nhiên liệu được tăng áp này sau đó di chuyển đến đường ống áp suất cao và được đưa vào bộ tích nhiên liệu áp suất cao có hình ống
Bơm cao áp được lắp đặt tốt nhất ngay trên động cơ như ở hệ thống nhiên liệu của bơm phân phối loại cũ, nó được dẫn động bằng động cơ (tốc độ quay bằng ½ tốc độ động cơ nhưng tối đa là 3000 vòng/phút) thông qua khớp nối, bánh răng xích, xích hay dây đai có răng và được bôi trơn bằng chính nhiên liệu nó bơm
Tùy thuộc vào không gian sẵn có, van điều khiển áp suất được lắp trực tiếp trên bơm hay lắp xa bơm
13 Đường nhiên liệu từ bơm tiếp vận a)
1 Trục dẫn động
2 Đĩa cam lệch tâm
3 Thành phần bơm với
9 Nhiên liệu áp suất cao
đến ống trữ
10 Van điều khiển áp
suất cao
11 Van bi
12 Đường dầu về
Trang 2414 Van an toàn.
15 Đường nhiên liệu áp sất thấp đưa đến bơm
b)
Hình 2.5: Bơm cao áp.
a, Hình chiếu đứng b, Bố trí 3 piston bơm.
Bên trong bơm cao áp nhiên liệu được nén bằng 3 piston bơm được bố trí hướng kính và các piston cách nhau 120 độ, do 3 piston bơm hoạt đông luân phiên trong 1 vòng quay nên chỉ làm tăng nhẹ lực cản của bơm Do đó, ứng suất trên hệ thống dẫn động vẫn giữ đồng bộ Điều này có nghĩa là hệ thống
Common Rail đặt ít tải trọng lên hệ thống truyền động hơn so với hệ thống cũ, công suất yêu cầu để dẫn động bơm rất nhỏ và tỉ lệ với áp suất trong ống phân phối và tốc độ bơm Đối với động cơ thể tích 2 lít đang quay ở tốc độ cao, thì áp suất trong ống phân phối đạt khoảng 1350 bar, bơm cao áp tiêu thụ 3,8 KW
Thông qua một bộ lọc có cơ cấu tách nước, bơm tiếp vận cung cấp nhiên liệu từ bình chứa đến đường dầu vào của bơm cao áp và van an toàn Nó đẩy nhiên liệu qua lỗ khoan của van an toàn vào mạch dầu bôi trơn và làm mát bơm cao áp Trục của bơm cao áp có các cam lệch tâm làm di chuyển 3 piston bơm lên xuống tùy theo hình dạng các mấu cam
Ngay khi áp suất phân phối vợt quá mức thì van an toàn sẽ xả bớt áp suất (0,5-1,5 bar), bơm tiếp vận đẩy nhiên liệu đến bơm cao áp thông qua van hút vào buồng bơm, nơi mà piston chuyển động hướng xuống Van nạp đóng lại khi
1 Trục dẫn động
2 Đĩa cam lệch tâm
3 Piston bơm
4 Van hút
5 Van thoát cửa vào
Trang 25ra ngoài với áp suất phân phối Áp suất tăng lên cao sẽ mở van thoát khí áp suất trên ống phân phối đủ lớn Nhiên liệu được nén đi vào đường dầu áp suất cao.
Piston bơm tiếp tục phân phối nhiên liệu cho đến khi nó đến tử điểm thượng, sau đó do áp suất bị giảm xuống nên van thoát đóng lại Nhiên liệu còn lại nắm trong buồng bơm và chờ đến khi piston đi xuống lần nữa
Khi áp suất trong buồng bơm của thanh phần bơm giảm xuống thì van nạp mở ra và quá trình lặp lại lần nữa
Do bơm cao áp được thiết kế để có thể phân phối lượng nhiên liệu lớn nên lượng nhiên liệu có áp suất cao sẽ thừa trong giai đoạn chạy cầm chừng và tải trung bình Lượng nhiên liệu thừa này được đưa trở lại thùng chứa thông qua van điều khiển áp suất Nhiên liệu bị nén sẽ nằm trong thùng và gây ra tổn thất năng lượng Hơn nữa lượng nhiệt tăng nên của nhiên liệu cũng làm giảm đi hiệu quả chung Ở mức độ nào đó thì tổn thất này có thể được bù bằng cách ngắt bớt
1 hoặc 2 xylanh bơm
Khi 1 trong 2 xylanh bơm bị loại ra sẽ dẫn đến việc giảm lượng nhiên liệu bơm đến ống phân phối Việc ngắt bỏ được thực hiện bằng cách giữ cho van hút ở trạng thái mở liên tục
Khi van điện từ (solenoid) dùng để ngắt thành phần bơm được kích hoạt, một chốt gắn với phần ứng giữ van hút sẽ không mở Kết quả là nhiên liệu hút vào xylanh này của bơm không thể bị nén được nên nó bị đẩy trở lại mạch áp suất thấp Với 1 xylanh bị loại bỏ khi không cần công suất cao thì bơm cao áp không còn cung cấp nhiên liệu liên tục mà gián đoạn
Bơm cao áp phân phối lượng nhiên liệu tỉ lệ với tốc độ quay của nó Và do đó, nó là một hàm của tốc độ động cơ Trong suốt quá trình phun, tỷ số truyền được tính sao cho một mặt thì lượng nhiên liệu mà nó cung cấp sao cho không quá lớn, mặt khác các yêu cầu về nhiên liệu vẫn còn đáp ứng trong suốt quá trình hoạt động Tùy theo tốc đọ trục khuỷu mà tỉ số truyền hợp lí là 1:2 hoặc 1:3
2.3.6 Ống trữ nhiên liệu áp suất cao (ống phân phối)
Ngay cả khi kim phun lấy nhiên liệu từ ống phân phối để phun thì áp suất nhiên liệu trong ống vẫn phải không đổi Điều này thực hiện được nhờ vào sự co giãn của nhiên liệu Áp suất nhiên liệu được đo bởi cảm biến áp suất trên ống phân phối và được duy trì bởi van điều khiển áp suất nhằm giới hạn áp suất tối
đa là 1500 bar
Trang 26Hình 2.8: Cấu tạo ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao.
1 Ống trữ
2 Đường dầu vào từ bơm cao áp
3 Cảm biến áp suất trên ống trữ
4 Van giới hạn áp suất
5 Đường dầu về
6 Lỗ tuyết lưu
7 Đường dầu đến kim
Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao dùng để chứa nhiên liệu có áp suất cao Đồng thời sự dao động của áp suất do bơm cao áp tạo ra sẽ được giảm chấn (damped) bởi thể tích của ống
Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao này dùng chung cho tất cả các xylanh
Do đó tên nó là “đường ống chung” (“Common Rail”) Ngay cả khi một lượng nhiên liệu bị mất đi khi phun, ống vẫn duy trì áp suất thực tế bên trong không đổi Điều này bảo đảm cho áp suất phun của kim không đổi ngay từ khi kim mở
Để thích hợp với các điều kiện lắp đặt khác nhau trên động cơ, ống phải được thiết kế với nhiều kiểu để phù hợp với bộ hạn chế dòng chảy và dự phòng chỗ để gắn các cảm biến, van điều khiển áp suất, van hạn chế áp suất
Thể tích bên trong của ống thường xuyên được điền đầy bằng nhiên liệu có áp suất Khả năng nén của nhiên liệu dưới áp suất cao được tận dụng để tạo hiệu quả tích trữ Khi nhiên liệu rời khỏi ống để phun ra thì áp suất thực tế trong bộ tích trữ nhiên liệu có áp suất cao vẫn được duy trì không đổi Sự thay đổi áp suất là do bơm cao áp thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp để bù vào phần nhiên liệu vừa phun
Trang 27Kim phun có thể chia thành các phần theo chức năng như sau:
- Lỗ kim phun
- Hệ thống dẫn dầu phụ
- Van điện
Hoạt động của kim phun có thể chia làm 4 giai đoạn chính khi động cơ làm việc và bơm cao áp tạo ra áp suất cao:
- Kim phun đóng (khi có ap lực dầu tác dụng)
- Kim phun mở (bắt đầu phun)
- Kim phun mở hoàn toàn
- Kim phun đóng (két thúc phun)
Các giai đoạn hoạt động là kết quả của sự của sự phân phối lực tác dụng lên các thành phần của kim phun Khi động cơ dừng lại và không có áp suất trong ống phân phối, lò xo kim đóng kim phun
Kim phun đóng (ở trạng thái nghỉ), van điện từ chưa được cung cấp điện và do đó kim phun đóng Khi lỗ xả đóng lò xo đẩy van bi đóng lại, áp suất cao của ống tăng lên trong buồng điều khiển và trong buồng thể tích của ty kim cũng có một áp suất tương tự Áp suất của ống đặt vào phần đỉnh của piston, cùng với lực của lò xo ngược chiều với lực mở kim sẽ giữ được ty kim ở vị trí đóng
Kim phun mở bắt đầu phun
Van điện từ được cung cáp điện với dòng kích thước lớn để đảm bảo nó mở nhanh Lực tác dụng bởi van điện từ lớn hơn lực lò xo lỗ xả và làm mở lỗ xả
ra Gần như tức thời dòng điện cao được giảm xuống thành dòng điện nhỏ hơn chỉ đủ để tạo ra lực điện từ để giữ ty Điều này thực hiện được là nhở khe hở mạch từ bây giờ đã nhỏ hơn Khi lỗ xả mở ra, nhiên liệu có thể chảy vào buồng điều khiển van vào khoang bên trên nó và từ đó trở về bình chứa thông qua đường dầu về Lỗ xả làm mất cân bằng áp suất nên áp suất trong buồng điều khiển van giảm xuống Điều này dẫn đến áp suất trong buồng điều khiển van thấp hơn áp suất trong buồng chứa của ty kim (vẫn còn bằng với áp suất của ống) Áp suất giảm đi trong buồng điều khiển van làm giảm lực tác dụng lên piston điều khiển nên ty kim mở ra và nhiên liệu bắt đầu phun
Trang 28A: Khi kim đóng.
B: Khi kim nhấc
1 Đường dầu về
2 Mạch điện
3 Van điện
4 Đường dầu vào
(dầu có áp suất cao
từ ống trữ)
5 Van bi
6 Van xả
7 Ống cấp dầu
8 Van điều khiển ở buồng
9 Van điều khiển piston
10 Lỗ cấp dầu cho
đầu kim
11 Đầu kim
Hình 2.6: Cấu tạo kim phun.
Nhiên liệu từ đường dầu đến kim phun và theo đường ống dẫn sẽ đi đến buồng điều khiển 8 thông qua lỗ nạp 7 Buồng điều khiển được nối với đường dầu về thông qua lỗ xả 6 được mở bởi van điện từ
Khi lỗ đóng, áp lực của dầu đặt lên piston 9 cao hơn áp lực dầu tại thân ty kim 11 Kết quả là kim bị đẩy xuống dươi và làm kín lỗ phun với buồng đốt
Khi van điện tử có dòng điện, lỗ xả 6 được mở ra Điều này làm cho áp suất ở buồng điều khiển giảm xuống, kết quả là áp lực tác dụng lên piston cũng giảm theo Khi áp lực dàu trên piston giảm xuống thấp hơn áp lực tác dụng lên
ty kim, thì ty kim mở ra và nhiên liệu được phun vào buồng đốt qua các lỗ phun Kiểu điều khiển ty kim gián tiếp này dung một hệ thống khuếch đại thủy lực vì lực cần thiết để mở kim thật nhanh không thể được trực tiếp tạo ra nhờ van điện từ Thời điểm phun và lượng nhiên liệu phun được điều chỉnh thông qua dòng qua các kim phun
Trang 29Tốc độ mở ty kim được quyết định bởi sự khác biệt tốc độ dòng chảy giữa lỗ nạp và lỗ xả Piston điều khiển đến vị trí dừng phía trên nơi mà nó vẫn còn chịu tác dụng của đệm dầu được tạo ra bởi dòng chảy của nhiên liệu giữa lỗ nạp và lỗ xả Kim phun giờ đây đã mở hoàn toàn, và nhiên liệu được phun vào
buồng đốt ở áp suất gần bằng với áp suất trong ống Lực phân phối trong kim thì tương tự với giai đoạn mở kim
Kim phun đóng (kết thúc phun)
Khi dòng qua van điện từ bị ngắt, lò xo đẩy van bi xuống và van bi đóng lỗ xả lại Lỗ xả đóng đã làm cho áp suất trong buồng điều khiển van tăng lên thông qua lỗ nạp Áp suất này tương đương với áp suất trong ống và làm tăng lực tác dung lên đỉnh piston điều khiển Lực này cùng với lực của lò xo bây giờ cao hơn lực tác dụng của buồng chứa và ty kim đóng lại Tốc độ đóng của ty kim phụ thuộc vào dòng chảy của nhiên liệu qua lỗ nạp
* Ưu điểm của kim phun:
- Thời gian cho quá trình chuẩn bị cháy của giai đoạn cháy chính sẽ rút ngắn lại
- Hệ thống dùng phương pháp mới này sẽ ít gây tiếng ồn hơn hệ thống nhiên liệu Diesel kiểu cũ
- Sự đốt cháy tối ưu nhất là nhiên liệu phải được hoà trộn tốt, điều khiển chu kì phun sớm sao cho phù hợp để đến giai đoạn cháy chính thì giai đoạn cháy này sẽ diễn ra tại điểm chết trên
- Lượng nhiên liệu phun sớm là nhỏ nó sẽ tạo ra áp suất và nhiệt độ trong buồng cháy cao làm cho quá trình cháy diễn ra nhanh hơn và động cơ chạy êm không có tiếng ồn
Đầu kim phun
Ty mở kim khi van điện từ được kích hoạt để nhiên liệu chảy qua Chúng phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng cháy
Lượng nhiên liệu dư cần để mở ty kim sẽ được đưa trở lại bình chứa
thông qua đường ống dầu về Nhiên liệu hồi về từ van điều áp và từ vùng áp suất thấp cũng được dẫn theo đường dầu về cùng với nhiên liệu được dùng như để bôi trơn cho bơm cao áp
Thiết kế của đầu phun được quyết định bởi:
- Việc kiểm soát nhiên liệu phun ra (thời điểm và lượng nhiên liệu phun ra theo tốc độ trục cam)
- Việc điều khiển nhiên liệu (số lỗ tia, hình dạng nhiên liệu phun ra và sự tán nhuyễn nhiên liệu, sự phân phối nhiên liệu trong buồng cháy, mức độ làm kín buồng cháy)
Đầu phun loại P có đường kính 4mm được dùng trong động cơ phun
nhiên liệu trực tiếp Common Rail:
Những đầu phun này có hai loại: đầu phun lỗ tia hở và đầu phun lỗ tia kín
Trang 30Lỗ tia phun được định vị dựa vào hình nón phun Số lượng lỗ tia và
đường kính của chúng dựa vào:
- Lượng nhiên liệu phun ra
- Hình dạnh buồng cháy
- Sự xoáy lốc trong buồng cháy
Đối với cả hai loại lỗ tia hở và lỗ tia kín thì phần cạnh của lỗ tia có thể được gia công bằng phương pháp ăn mòn hydro nhằm mục đích ngăn ngừa sự mài mòn sớm của cạnh lỗ tia gây ra bởi các phần tử mài mòn và giảm sai lệch dung lượng phun
Để làm giảm lượng hydrocacbon thải ra, thể tích nhiên liệu điền đầy ở đầu của ty kim cần thiết phải giữ ở mức nhỏ nhất Việc này được thực hiện tốt nhất với loại đầu phun lỗ tia kín
Lỗ tia của loại này được sắp xếp quanh một lỗ bao Trong trường hợp đỉnh của đầu phun hình tròn, hay tùy thuộc vào thiết kế, lỗ tia được phun bằng
cơ khí hoặc bằng máy phóng điện (EDM – electrical-discharge machinin).
Lỗ tia với đỉnh của đầu phun hình nón thì luôn được khoan bằng phương pháp EDM
Đầu phun lỗ tia hở có thể được dùng với các loại lỗ bao với kích thước khác nhau như lỗ bao hình trụ và lỗ bao hình nón
Đầu phun lỗ tia hở với lỗ bao hình trụ và đầu tròn
Với hình dạng lỗ bao này bao gồm một hình ống và một hình bán cầu cho phép dễ dàng thiết kế với các điều kiện:
- Số lượng lỗ
- Chiều dài lỗ tia
- Góc phun
Đỉnh của đầu phun là hình bán cầu và kết hợp với hình dạng của lỗ bao giúp các lỗ tia có chiều dài giống nhau
Đầu phun lỗ tia hở với lỗ bao hình trụ và đỉnh của đàu phun hình nón
Loại này được dùng riêng biệt với lỗ tia có chiều dài 0,6 mm Đỉnh của đầu phun có hình nón cho phép tăng độ dày thành của đầu phun Kết quả là tăng được độ cứng của đỉnh kim phun
Trang 311 Đầu gim áp suất.
2 Bề mặt chịu áp lực
3 Đường dầu vào
9 Buồng áp suất
10 trục định hướng
11 Vành kim
12 Lỗ định vị
13 Dấu trên bề mặt
14 Bề mặt công tắc áp suất
Hình 2.7: Cấu tạo đầu kim lỗ tia hở.
Đầu phun lỗ tia hở với lỗ bao hình nón và đỉnh hình nón
Trong loại này, do có hình nón nên có thể tích lỗ bao nhỏ hơn đầu phun có lỗ bao hình trụ Loại này là trung gian giữa đầu phun lỗ tia kín và đầu phun lỗ tia
Trang 32hở có lỗ bao hình trụ Để có được bề dày đồng nhất của đỉnh kim thì nó phải có hình nón phù hợp với hình dạng của lỗ bao.
Đầu phun lỗ tia kín
Để làm giảm thể tích có hại của lỗ bao và để làm giảm lượng HC thải ra, lỗ tia nằm ngay trên phần côn và với lỗ phun kín, thì nó được bao quanh bởi ty kim Điều này có nghĩa là không có sự kết nối trực tiếp giữa lỗ bao và buồng cháy Thể tích có hại ở đây nhỏ hơn nhiều so với loại đầu phun lỗ tia hở So với đầu phun lỗ tia hở, loại này có giới hạn tải trọng thấp hơn nhiều và do đó chỉ sản xuất loại P với lỗ tia dài 1 mm
Để đạt độ cứng cao, đỉnh của kim có hình nón Lỗ tia luôn được tạo bởi phương pháp gia công bằng máy phóng điện EDM
2.3.8 Đường ống dẫn nhiên liệu áp suất cao
Những đường ống nhiên liệu này mang nhiên liệu áp suất cao Do đó chúng phải thường xuyên chịu áp suất cực đại của hệ thống và trong suốt quá trình ngưng phun Vì vậy, chúng được chế tạo từ thép ống Thông thường chúng có đường kính ngoài khoảng 6 mm và đường kình trong khoảng 2,4 mm
Các đường ống nằm giữa ống phân phối và kim phun phải có chiều dài như nhau Sự khác biệt chiều dài giữa ống phân phối và các kim phun được bù bằng cách uốn cong ở các đường ống nối Tuy nhiên, đường ống nối này nên được giữ càng ngắn càng tốt
2.3.9 Cảm biến áp suất ống
Cảm biến áp suất ống đo áp suất tức thời trong ống phân phối và báo về ECU với độ chính xác thích hợp và tốc độ đủ nhanh
1 Mạch điện
2 Màng so
3 Màng của phần tử cảm biến
4 Ống dẫn áp suất
5 Ren lắp ghép
Trang 33Hình 2.8: Cảm biến áp suất trên ống phân phối.
Nhiên liệu chảy vào cảm biến áp suất thông qua một đầu mở và phần cuối được bịt kín bởi một màng cảm biến Thành phần chính của cảm biến là một thiết bị bán dẫn được gắn trên màng cảm biến, dùng để chuyển áp suất thành tín hiệu điện Tín hiệu do cảm biến tạo ra được đưa vào một mạch khuyếch đại tín hiệu và đưa đến ECU
Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc:
- Khi màng biến dạng thì lớp điện trở đặt trên màng sẽ thay đổi giá trị Sự biến dạng (khoảng 1 mm ở 1500 bar) là do áp suất tăng lên trong hệ thống, sự thay đổi điện trở gây ra sự thay đổi điện thế của mạch cầu điện trở
- Điện áp thay đổi trong khoảng 0-70 mV (tùy thuộc áp suất tác động) và được khuyếch đại bởi mạch khuyếch đại 0,5 V – 4,5 V
Việc kiểm soát một cách chính xác áp suất của ống là điều bắt buộc để hệ thống hoạt động đúng Đây cũng là nguyên nhân tại sao cảm biến áp suất ống phải có sai số nhỏ trong quá trình đo Trong dải hoạt động của động cơ, độ chính xác khi đo đạt khoảng 2% Nếu cảm biến áp suất không bị hư thì van điều khiển áp suất sẽ được điều khiển theo giá trị định sẵn ECU
2.3.10 Van điều khiển áp suất
Van điều khiển áp suất giữ cho nhiên liệu trong ống phân phối có áp suất thích hợp tùy theo tải của động cơ, và duy trì ở mức này
- Nếu áp suất trong ống quá cao thì van điều khiển áp suất sẽ mở ra và một phần nhiên liệu sẽ trở về bình chứa thông qua đường ống dầu về
- Nếu áp suất trong ống quá thấp thì van điều khiển áp suất sẽ đóng lại và ngăn khu vực áp suất cao (high pressure stage) với khu vực áp suất thấp (low pressure stage)
Trang 34Van điều áp suất được gá lên bơm cao áp hay ống phân phối Để ngăn cách khu vực áp suất cao với khu vực áp suất thấp, một lõi thép đẩy van bi vào vị trí đóng kín Có hai lực tác dung lên lõi thép: lực đẩy xuống dưới bởi lò xo và lực điện từ Nhằm bôi trơn và giải nhiệt, lõi thép được nhiên liệu bôi quanh.
Van điều khiển áp suất được điều khiển theo 2 vòng:
- Vòng điều khiển đáp ứng chậm bằng điện dùng để điều chỉnh áp suất trung bình trong ống
- Vòng điều khiển đáp ứng nhanh bằng cơ dùng để bù cho sự dao động lớn của áp suất
Khi van điều khiển áp suất chưa được cung cấp điện, áp suất cao ở ống hay tại đầu ra của bơm cao áp được đặt lên van điều khiển áp suất một áp suất cao Khi chưa có lực điện từ, lực của nhiên liệu áp suất cao tác dụng lên lò xo làm cho van mở và duy trì độ mở tùy thuộc vào lượng nhiên liệu phân phối Lò
xo được thiết kế để có thể chịu được áp suất khoảng 100 bar
Khi van điều khiển áp suất được cấp điện: nếu áp suất trong mạch áp suất cao tăng lên, lực điện từ sẽ được tạo ra để cộng thêm vào lực của lò xo Khi đó van sẽ đóng lại và được giữ ở trạng thái đóng cho đến khi lực do áp suất dầu ở một phía cân bằng với lực của lò xo và lực điện từ ở phía còn lại Sau đó, van sẽ ở trạng thái mở và duy trì một áp suất không đổi, khi bơm thay đổi lượng nhiên liệu phân phối hay nhiên liệu bị mất đi trong mạch áp suất cao thì được bù lại bằng cách diều chỉnh van đến một độ mở khác, lực điện từ tỉ lệ với dòng điện cung cấp trung bình được điều chỉnh bằng cách thay đổi độ rộng xung Tần số xung điện khoảng 1 kHz sẽ đủ để ngăn chuyển động ngoài ý muốn của lõi thép và sự thay đổi áp suất trong ống
2.3.11 Van giới hạn áp suất
Van giới hạn áp suất có chức năng như một van an toàn Trong trường hợp áp suất vượt quá cao, thì van giới hạn áp suất sẽ hạn chế áp suất trong ống bằng cách mở của thoát Van giới hạn áp suất cho phép áp suất tức thời tối đa trong ống khoảng 1500 bar