hệ thống nhiên liệu động cơ diesel dùng bơm VE

+ Các tia nhiên liệu phun vào xilanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa số lượng, phương hướng hình dạng, kích thước của các tia phun vớihình dạng buồng cháy và với cường độ và phương

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 5

1.1 Nhiệm vụ, phân loại và yêu cầu hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 5

1.1.1 Nhiệm vụ 5

1.1.2 Phân loại 5

1.1.3 Yêu cầu 6

1.2 Đặc điểm hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 6

1.2.1 Đặc điểm hình thành hòa khí trong động cơ diesel 7

1.2.2 Các phương pháp hình thành hòa khí trong động cơ Diesel 8

1.3 Tính chất của nhiên liệu diesel 12

1.3.1 Tính chất vật lý của nhiên liệu 12

1.3.2 Tính chất hóa học của nhiên liệu 13

1.3.3 Đánh giá quá trình tự cháy của nhiên liệu 14

1.3.4 Giản đồ cháy của động cơ diesel 17

1.4 Một số hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 22

1.4.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail 22

1.4.2 Hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp dãy 24

1.4.3 Hệ thống phun nhiên liệu HEUI 26

1.4.4 Hệ thống bơm cao áp phân phối VE 28

1.4.5 Hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp điều khiển điện tử 30

CHƯƠNG II: ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU, LINH KIỆN CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL TRÊN XE HUYNDAI 33

2.1 Bơm cao áp phân phối kiểu VE 33

2.1.1 Nhiệm vụ 33

2.1.2 Cấu tạo: 34

2.1.3 Nguyên lý hoạt động 36

2.1.4 Phân tích quá trình hoạt động của bơm cao áp 39

2.1.5 Bộ điều tốc cơ khí đa chế độ lắp trên bơm VE 44

2.1.6 Van điện từ cắt nhiên liệu 47

2.1.8 So sánh các chế độ làm việc giữa hệ thống cơ khí và hệ thống điều khiển

điện tử 48

2.2 Vòi phun 50

2.2.1 Cấu tạo 50

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 51

2.3 Bơm chuyển nhiên liệu 52

2.3.1 Cấu tạo 53

2.3.2 Nguyên lý hoạt động 53

2.4 Bầu lọc nhiên liệu 53

2.4.1 Nhiệm vụ 53

2.4.2 Cấu tạo 54

2.4.3 Nguyên lý hoạt động 54

2.5 Van giới hạn áp suất 55

2.6 Thùng chứa dầu 55

CHƯƠNG III: QUY TRÌNH KIỂM TRA, CHẨN ĐOÁN VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 57

3.1 Các hư hỏng thường gặp trên hệ thống nhiên liệu diesel 57

3.1.1 Hư hỏng của hệ thống nhiên liệu thấp áp 57

3.1.2 Hư hỏng của bơm cao áp 58

3.2 Kiểm tra, sửa chữa các chi tiết hệ thống nhiên liệu diesel 60

3.2.1 Sửa chữa hệ thống nhiên liệu thấp áp 60

3.2.2 Sửa chữa các bộ đôi của bơm cao áp 62

3.2.3 Kiểm tra, sửa chữa bơm cao áp 64

3.2.4 Kiểm tra, điều chỉnh vòi phun 70

3.3 Phương pháp chẩn đoán 72

KẾT LUẬN 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

Hình 1.1 Buồng cháy dự bị 9

Hình 1.2 Buồng cháy xoáy lốc 10

Hình 1.3 α_metyl_naph_ta_lin.metyl_metyl_naph_ta_lin.naph_metyl_naph_ta_lin.ta_metyl_naph_ta_lin.lin 14

Hình 1.4 Quá trình cháy của động cơ 18

Hình 1.5 Hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng bơm cao áp dãy 24

Hình 1.6 Bơm cao áp đơn kiểu bơm dãy 25

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống (common rail) 23

Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu HEUI 27

Hình 1.9 Bơm phân phối VE, sơ đồ nguyên lý (a) và piston bơm (b) 28

Hình 1.10 Hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp phân phối điều khiển điện tử 30

Hình 2.1 Bơm cao áp phân phối nhiên liệu kiểu VE 35

Hình 2.2 Phân phối và cấp nhiên liệu 36

Hình 2.3 Quá trình hút 37

Hình 2.4 Quá trình cung cấp 38

Hình 2.5 Quá trình kết thúc 38

Hình 2.6 Hành trình hữu ích 39

Hình 2.7 Bộ tự động điều chỉnh thời gian phun sớm 40

Hình 2.8 Bộ phun sớm khởi động lạnh 41

Hình 2.9 Bộ điều chỉnh thời điểm phun phụ thuộc vào tải 43

Hình 2.10 Bộ điều tốc cơ khí đa chế độ lắp trên bơm VE 45

Hình 2.11 Van điện từ cắt nhiên liệu 47

Hình 2.12 Bơm piston cao áp 48

Hình 2.13 Các dạng vòi phun 51

Hình 2.14 Bơm chuyển nhiên liệu kiểu piston (a), kiểu bánh răng (b), kiểu cánh gạt (c) 53

Hình 2.15 Bình lọc nhiên liệu 54

Hình 2.16 Van giới hạn áp suất……….56

Hình 3.1 Kiểm tra đỉnh piston bơm 65 Hình 3.2 Thiết bị thử vòi phun 71

LỜI NÓI ĐẦU

Việt Nam đang phấn đấu cơ bản trở thành một nước công nghiệp hóa hiệnđại hóa Hòa chung vào dòng phát triển của đất nước ngành công nghiệp ô tôcũng cần phải có những bước tiến cụ thể Một trong những chỉ tiêu quan trọngcủa ô tô trong tương lai là tăng công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu vàgiảm ô nhiễm môi trường Vấn đề này đặt ra đối với cả động cơ xăng và động

cơ diesel Đối với động cơ diesel hệ thống nhiên liệu ngày càng được cải tiếntheo hướng hiện đại, sử dụng bơm cao áp điều khiển điện tử Ở Việt Namhiện nay có nhiều chủng loại bơm khác nhau nhưng phổ biến nhất vẫn là loạibơm cao áp VE dùng trên xe con và xe tải

Trong khoảng thời gian thực tập ở trường vừa qua em đã được tìm hiểu vềcấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm VE, được trực tiếp tháo lắp dưới sựhướng dẫn của các thầy giáo trong khoa Cùng với sự hiểu biết cơ bản về bơm

VE và tính phổ biến thực tế của nó trên thị trường ô tô hiện nay em đã quyếtđịnh lựa chọn đề tài về bơm VE Đồ án phần thuyết minh của em gồm ba vấn

đề chính:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

Chương 2: Đặc điểm kết cấu, linh kiện của hệ thống nhiên liệu động cơDiesel trên xe Huyn đai

Chương 3: Quy trình kiểm tra, chuẩn đoán và sửa chữa hệ thống nhiên liệuđộng cơ Diesel

Bao gồm 3 bản vẽ A0:

+ Sơ đồ bố trí hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

+ Kết cấu bơm cao áp VE

+ Quy trình kiểm tra, chuẩn đoán và sửa chữa hệ thống nhiên liệuDiesel

Mục đích của đề tài là tìm hiểu một cách chi tiết, cụ thể về kết cấu,nguyên lý làm việc của bơm VE Từ đó ta có thể so sánh ưu nhược điểm vớicác chủng loại bơm cao áp khác, áp dụng thực tế trong quá trình bảo dưỡng,

sửa chữa, thay thế bơm cao áp cho hệ thống nhiên liệu dùng trên các loại xecon và xe tải.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là hệ thống nhiên liệu động cơdiesel dùng bơm VE

Tìm hiểu về bơm VE mang lại cho chúng ta cái nhìn tổng quát về mộttrong những cụm chi tiết quan trọng nhất của hệ thống nhiên liệu diesel Qua

đó chúng ta có thể ứng dụng trực tiếp vào thực tế để tăng công suất động cơ,tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường

Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp em đã nhận được sự hướng dẫn tậntình của các thầy giáo trong khoa, đặc biệt là Ths Nguyễn Mạnh Dũng.Nhưng với điều kiện về tài liệu cũng như năng lực của bản thân đồ án tốtnghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sựđóng góp ý kiến của các thầy giáo trong khoa và các bạn để đồ án tốt nghiệpcủa em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cám ơn các thầy giáo trong khoa đặc biệt làThs Nguyễn Mạnh Dũng đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để em hoànthành đồ án tốt nghiệp này

Hà Nội, Ngày 12 tháng 5 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Vi Văn Vìn

CHƯƠNG I TỔNG QUAN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 1.1 Nhiệm vụ, phân loại và yêu cầu hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 1.1.1 Nhiệm vụ

+ Dự trữ nhiên liệu: đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục

trong một thời gian nhất định, không cần cấp thêm nhiên liệu; lọc sạchnước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu; giúp nhiên liệu chuyển độngthông thoáng trong hệ thống

+ Cung cấp nhiên liệu cho động cơ đảm bảo tốt các yêu cầu sau:

Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với các chế độlàm việc của động cơ;

Phun nhiên liệu vào đúng thời điểm, đúng quy luật mong muốn;

Lưu lượng nhiên liệu vào các xilanh phải đồng đều

Phải phun nhiên liệu vào xilanh qua các lỗ phun nhỏ với chênh áp lớnphía trước và sau lỗ phun, để nhiên liệu được xé tơi tốt

+ Các tia nhiên liệu phun vào xilanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt

giữa số lượng, phương hướng hình dạng, kích thước của các tia phun vớihình dạng buồng cháy và với cường độ và phương hướng chuyển độngcủa môi chất trong buồng cháy để hòa khí được hinh thành nhanh và đều

1.1.2 Phân loại

+ Theo phương pháp phun:

Hệ thống phun nhiên liệu bằng khí nén

Hệ thống phun nhiên liệu bằng thủy lực

+ Theo phương pháp tạo và duy trì áp suất phun:

Hệ thống phun trực tiếp

Hệ thống phun dán tiếp

+ Theo phương pháp điều chỉnh quá trình phun:

Hệ thống điều chỉnh phun kiểu cơ khí

Hệ thống điều chỉnh phun kiểu điện tử

+ Theo cách thức tổ hợp các thành tố của hệ thống:

Hệ thống phun cổ điển

Hệ thống phun với bơm cao áp – vòi phun liên hợp

Hệ thống phun với bơm cao áp – vòi phun phân phối

+ Theo loại vòi phun:

Hệ thống phun với loại vòi phun hở

Hệ thống phun với loại vòi phun kín

1.1.3 Yêu cầu

Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel phải thảo mãn các yêu cầu sau:

+ Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao;

+ Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo quản và sửa chữa;

+ Dễ chế tạo, giá thành hạ.

+ Nhiên liệu diesel phải rất sạch không chứa tạp chất và nước.

+ Nhiên liệu phải có trị số Cetanne cao (40 – 55) đốt cháy ngay khi nó

được phun vào buống đốt, không tồn đọng nhiên liệu và kết quả là động cơchạy êm

1.2 Đặc điểm hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

Đặc điểm khác biệt của động cơ diesel so với động cơ xăng là địa điểm vàthời gian hình thành hỗn hợp nổ Trong động cơ xăng, hoà khí bắt đầu hìnhthành ngay từ khi xăng được hút khỏi vòi phun vào đường nạp (động cơ dùng

bộ chế hoà khí) hoặc được phun vào đường ống nạp (động cơ phun xăng).Quá trình trên được còn tiếp diễn trong xy lanh, suốt quá trình nạp và quátrình nén cho đến khi được đốt cháy cưỡng bức bằng tia lửa điện Ở động cơdiesel gần cuối quá trình nén, nhiên liệu mới được phun vào buồng cháy động

cơ để hình thành hỗn hợp rồi tự bốc cháy Dầu diesel có tính năng đặc biệt về

độ bốc hơi, độ nhớt và chi số cetane

Nhiên liệu đi vào trong xylanh bơm cao áp không được lẫn không khí vìkhông khí sẽ làm cho hệ số nạp của các tổ bơm không ổn định, thậm chí cóthể làm gián đoạn quá trình cấp nhiên liệu Không khí lẫn trong hệ thốngnhiên liệu có thể là do không khí hòa tan trong nhiên liệu tách ra khi áp suấtthay đổi đột ngột, cũng có thể do khí trời lọt vào do đường ống không kín, đặcbiệt là ở những khu vực mà áp suất nhiên liệu thấp hơn áp suất khí trời Để xảkhông khí ra khỏi hệ thống nhiên liệu trên bầu lọc, trên vòi phun và trên bơmcao áp có bulông xả khí

Không khí từ ngoài trời qua lọc khí vào ống nạp rồi qua xupáp nạp đi vàođộng cơ Trong quá trình nén các xupáp hút và xả đều đóng kín, khi piston đilên không khí trong xylanh bị nén Piston càng tới sát điểm chết trên, khôngkhí bên trên piston bị chèn chui vào phần khoét lõm ở đỉnh piston, tạo ra ởđây dòng xoáy lốc hướng kính ngày càng mạnh Cuối quá trình nén, nhiênliệu được phun vào dòng xoáy lốc này, được xé nhỏ, sấy nóng, bay hơi vàhoà trộn đều với không khí tạo ra hoà khí rồi tự bốc cháy

1.2.1 Đặc điểm hình thành hòa khí trong động cơ diesel

Có hai đặc điểm sau:

+ Hòa khí được hình thành bên trong xilanh với thời gian rất ngắn; tính

theo góc quay trục khuỷu, chỉ bằng 1/10 đến 1/20 so với động cơ xăng;ngoài ra nhiên liệu diesel lại khó bay hơi hơn xăng nên phải được phunthật tơi và hòa trộn đều trong không gian buồng cháy Vì vậy phải tạođiều kiện để nhiên liệu được sấy nóng, bay hơi nhanh và hòa trộn đều vớikhông khí trong buồng đốt nhằm tạo ra hòa khí; mặt khác phải đảm bảocho nhiệt độ không khí trong buồng cháy tại thời gian phun nhiên liệuphải đủ lớn để hòa khí có thể tự bốc cháy

+ Quá trình hình thành hòa khí và quá trình bốc cháy nhiên liệu của

động cơ diesel chồng chéo lên nhau Sau khi phun nhiên liệu trong buồngcháy diễn ra một loạt thay đổi lý hóa của nhiên liệu, sau đó phần nhiênliệu phun vào trước đã tạo ra hòa khí, tự bốc cháy, trong khi nhiên liệuvẫn được phun tiếp, cung cấp cho xilanh động cơ Như vậy sau khí đãcháy một phần, hòa khí vẫn tiếp tục được hình thành, và thành phần hòakhí thay đổi liên tục trong không gian và suốt thời gian của quá trình

1.2.2 Các phương pháp hình thành hòa khí trong động cơ Diesel

Đối với động cơ Diesel thì hỗn hợp cháy là hỗn hợp không đồng nhất và tựbốc cháy Vì vậy việc hình thành hỗn hợp trong buồng cháy động cơ Diesel làviệc rất quan trọng Có 3 phương pháp hình thành khí hỗn hợp trong buồngcháy động cơ Diesel:

Phương pháp màng: Khi nhiên liệu phun vào tạo thành những màngbám trên thành buồng cháy Từ mặt màng nhiên liệu sẽ bay hơi hoà trộn vớikhông khí tạo thành hỗn hợp khí

Phương pháp màng thể tích: Nhiên liệu phun vào chia làm hai phần:Một phần nhỏ dưới 30% gct sẽ được đưa vào trung tâm buồng cháy Phần cònlại có kích thước hạt tương đối lớn tạo thành màng mỏng bám lên thànhbuồng cháy và nó tập trung cháy ở giai đoạn 3 để đạt công lớn (Limax)

1.2.2.1.Hình thành khí hỗn hợp trong buồng cháy dự bị

Thể tích buồng cháy chia làm hai phần:

+ Buồng cháy dự bị đặt trên culasse chiếm khoảng (0,25 0,4) V toàn bộ

buồng cháy

+ Buồng cháy chính là phần còn lại và đặt trực tiếp trong không gian của

xilanh Buồng cháy dự bị nối với buồng cháy chính bằng mộy lỗ thông nhỏ.Trên đường tâm của đường cháy dự bị người ta đặt vòi phun một lỗ

Hình 1.1 Buồng cháy dự bị

1- Kim phun 4 - Lỗ thông

2 - Buồng cháy dự 5 - Buồng cháy chính

3 - Họng phun 6 - Bougie xông máy

+ Sau khi phun nhiên liệu trong buồng cháy dự bị hỗn hợp trong buồngcháy bốc cháy trước làm P và nhiệt độ trong buồng cháy dự bị nhanh chóngtăng lên và > rất nhiều so với P và nhiệt độ trong buồng cháy chính sẽ làmcho toàn bộ hỗn hợp SVC với nhiên liệu chưa cháy và không khí di chuyểnsang buồng cháy chính với một tốc độ lớn

+ Sau khi chuyển sang buồng cháy chính số nhiên liệu còn lại chưa cháytiếp tục bốc hơi và cháy Ở đây có sự lưu động với vận tốc lớn của hỗn hợp

sang buồng cháy chính tạo điều kiện hoà trộn tốt Lỗ thông giữa buồng cháy

dự bị và buồng cháy chính thường rất nóng là điều kiện tốt cho sự bốc hơi củanhiên liệu khi đi qua lỗ này do đó giảm thời gian cháy trễ như thời gian toàn

bộ quá trình cháy.

Tóm lại: Tác dụng chính của buồng cháy dự bị là sử dụng một phần năng

lượng của nhiên liệu chưa cháy và sản vật cháy sang buồng cháy chính đểcháy tiếp Áp suất phun không lớn lắm Áp suất phun = (8 15) (MN/m2), cóthể sử dụng vòi phun hở một lỗ

 Cấu tạo nắp culasse phức tạp

1.2.2.2 Hình thành khí hỗn hợp trong buồng cháy xoáy lốc

Hình 1.2 Buồng cháy xoáy lốc.

1 – Kim phun 3 – Buồng cháy xoáy lốc

2 – Bougie xông máy 4 – Buồng cháy chính

+ V buồng cháy xoáy lốc gồm hai phần:

+ Buồng cháy xoáy lốc có hình dạng cầu hoặc trụ đặt trên culasse hoặc

trên thân động cơ Thể tích buồng xoáy lốc = (40 60)% Vc

+ Buồng cháy chính đặt trực tiếp trên xilanh.

+ Hai buồng cháy được thông với nhau bằng một hoặc vài lỗ thông có tiết

diện tương đối nhỏ (tiết diện 1 1,5% diện tích Vc và lớn dần về phía buồng cháy chính)

Nhiên liệu được phun qua một lỗ phun, P phun = 8 15 MN/m2 (áp suất phun nhỏ) đặt ở buồng cháy xoáy lốc hướng tiếp với chiều dòng khí

+ Khi piston đi lên trong hành trình nén, không khí bị dồn về buồng xoáy

lốc, chênh lệch áp suất giữa buồng chính và xoáy lốc khoảng (0,10,2)MN/m2

+ Tốc độ dòng khí đạt max cách ĐCT khoảng 400 Cuối quá trìmh nén

nhiên liệu phun vào, tia nhiên liệu xoáy lốc với không khí rất mạnh, nhiênliệu ở vỏ ngoài bị bốc hơi trước và bị xé nhỏ, bay hơi tạo thành hỗn hợp vàbốc cháy do đó sẽ bị cuốn tới vùng họng ở đây nhiệt độ cao nhất và hỗnhợp tiếp tục cháy, nhiệt độ và áp suất ở buồng cháy xoáy lốc rất cao, lúc nàychênh lệch áp suất buồng xoáy lốc và buồng chính khoảng (0,4 0,5) MN/m2

+ Nhờ có dòng khí và nhiên liệu chuyển động mạnh từ buồng cháy xoáy

lốc ra đến mỗi chất trong không gian trên đỉnh piston chuyển động mạnhđồng thời được sấy nóng qua họng thông đến nhiên liệu cháy có điều kiện tốt

để bốc hơi và hoà tan với không khí đến giúp cho nhiên liệu cháy hoàn toànhơn

Ưu điểm:

+ Động cơ làm việc với nhỏ ( =1,2 1,4)

+ Động cơ làm việc êm

+ PZ không lớn lắm (PZ = 5,5 6,5 MN/m2 độ)

+ Sử dụng được nhiều nhiên liệu

+ Động cơ làm việc ổn định khi n và phụ tải thay đổi

+ Hệ thống nhiên liệu ít bị hư hỏng

+ Hệ thống nhiên liệu ít bị hư hỏng, áp suất phun thấp, kim phun có 1 lỗtia

+ Cấu tạo culasse phức tạp, khó bố trí supap

+ Ở khu vực đỉnh piston đối diện họng thông có nhiệt độ rất lớn

1.3 Tính chất của nhiên liệu diesel

1.3.1 Tính chất vật lý của nhiên liệu

1.3.1.1 Khối lượng riêng

Thông thường khối lượng riêng ρ của nhiên liệu được cho ở nhiệt độ 20oC

Căn cứ vào khối lượng riêng cũng có thể sơ bộ biết được khả năng bay hơi của

nhiên liệu Nhiên liệu diesel là nhiên liệu nặng, khó bay hơi nên ρ = 0,80÷0,95g/cm

1.3.1.2 Độ nhớt

Độ nhớt của nhiên liệu cũng thường được cho ở 20oC và ở hai dạng:

+ Độ Nhớt động học: ν (m2/s và cm2/s tức St – stốc) Đối với diesel có ν

=2,5÷8,5cSt

Độ nhớt tương đối: là tỷ số giữa thời gian chảy của 200ml nhiên liệu vào

200ml nước cất ở cùng 20oC qua lỗ đo của thiết bị đo độ nhớt Độ nhớt tươngđối còn có tên gọi là Engle kí hiệu là Et và thiết bị đo là Engle kế nếu độ nhớttương đối lớn hơn 5o Et thì phải hâm nóng nhiên liệu trước khi sử dụng

1.3.1.3 Tính bốc hơi

Tính bốc hơi của nhiên liệu quyết định tính chất và thời gian của quá trìnhhình thành hỗn hợp Tính bốc hơi phụ thuộc vào thành phần của nhiên liệu vàđược thể hiện qua đường cong chưng cất

Nếu nhiệt độ đông đặc cao thì phải hâm nóng( sấy) trước khi sử dụng Người

ta thường sử dụng phụ gia để giảm nhiệt độ đông đặc Đối với nhiên liệu diesel,nhiệt độ đông đặc nằm trong khoảng -60o ÷ +5oC

1.3.1.6 Tạp chất cơ học

Đối với nhiên liệu thông thường thì tạp chất cơ học không được vượt quá 1%trọng lượng( diesel cũng vậy) còn với động cơ cao tốc không cho phép có tạpchất cơ học Thành phần nước: Giới hạn nước trong nhiên liệu được quy địnhkhông quá 1% trọng lượng

1.3.2 Tính chất hóa học của nhiên liệu

1.3.2.1 Nhiệt trị

Nhiệt trị là nhiệt lượng thu được khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị đolường của nhiên liệu trong tính toán, người ta phân biệt hai loại nhiệt trị lànhiệt trị cao và nhiệt trị thấp.

Nhiệt trị cao Qo là toàn bộ nhiệt lượng thu được, còn nhiệt trị thấp QH là nhiệtlượng thu được Qo trừ phần nhiệt lượng tỏa ra khi ngưng tụ hơi nước trong sảnphẩm cháy Trong tính toán thường sử dụng nhiệt trị thấp QH vì nhiệt độ khí thảithường lớn hơn nhiều so với nhiệt độ ngưng tụ hơi nước ở cùng áp suất Nhiênliệu diesel trong tính toán lấy QH = 42,5MJ/kg

1.3.2.2 Tính kết cốc

Tính kết cốc phản ánh khuynh hướng kết muội than khi đốt cháy nhiênliệu (diesel) Muội than gây nên mài mòn và bó kẹt xéc- măng, xi lanh, xupáp và đế hoặc làm kẹt tắc vòi nước, áo nước…

Hàm lượng cốc trong nhiên liệu diesel không được vượt quá 0, 03 ÷ 0, 1%

1.3.2.3 Thành phần lưu huỳnh và tạp chất

Lưu huỳnh có trong nhiên liệu ở dạng tạp chất còn lại khi chưng cất dầu mở.

Lưu huỳnh khi cháy sẽ tạo ra SO2 sẽ kết hợp với hơi nước ( cũng tạo ra khi nhiênliệu cháy) tạo thành a-xít yếu H2SO3 gây ăn mòn hóa học, ăn mòn các chi tiếttrong động cơ và mưa axit.Hiện tại các nước châu âu giưới hạn tạp chất lưuhuỳnh trong diesel không quá 0,15% Còn nước ta thì vẫn dùng nhiên liệu diesel

có tới 1% lưu huỳnh

1.3.2.4 Độ axit của nhiên liệu

Độ a-xít của nhiên liệu được biểu thị bằng số mg hy-dro-xit kali KOH cầnthiết để trung hòa lượng axit có trong 1g nhiên liệu Độ a-xít càng cao càng gâymòn các chi tiết trong động cơ và làm tăn muội than Đối với nhiên liệu diesel,

độ a-xit không được vượt quá 10mg KOH

1.3.3 Đánh giá quá trình tự cháy của nhiên liệu

Hình 1.3 α_metyl_naph_ta_lin.metyl_metyl_naph_ta_lin.naph_metyl_naph_ta_lin.ta_metyl_naph_ta_lin.lin.

1.3.3.1 Tỉ số nén của nhiên liệu  th.

Tính tự bốc cháy của nhiên liệu Diesel: Tính tự cháy của nhiên liệu trongbuồng cháy là một chỉ tiêu quan trọng của nhiên liệu diesel Trong động cơdiesel nhiên liệu được phun vào buồng cháy ở cuối kỳ nén, nó sẽ không bốccháy ngay mà phải qua một thời gian chuẩn bị làm thay đổi các tính chất vật

lý và hóa học (xé tơi tia nhiên liệu thành các hạt nhỏ, cá hạt được sấy nóng ,bay hơi và hòa trộn vói không khí tạo nên hòa khí trong buồng cháy ,các hân

tử O2 và nhiên liệu trong hòa khí va đập với nhau tạo phản ứng chuẩn bịcháy v…v) sau đó tự bốc cháy Thời gian tính từ lúc bắt đầu phun nhiên liệutới lúc hòa khí bốc cháy được gọi là thời kỳ cháy trễ và được đo bằng thờigian حi (giây) hoặc góc quoay trục khuỷu φi (độ)

Nhưvậy giá trị حi hoặc φi ngắn hay dài sẽ thể hiện rõ tính Iự cháy dễhay khó của nhiên liệu diesel trong buồng cháy động cơ

Trên thực tế người ta thường dung các chỉ tiêu sau để đánh giá tính Iự cháycủa nhiên liệu diesel:

động cơ về thử nghiệm nhiên liệu có mã hiệu sau: ASTM – CFR (Mỹ), BASF( Đức) hoặc ИT9 (Nga) Các động cơ trên có thể thay đổi dễ dàng Iỷ số nén T9 (Nga) Các động cơ trên có thể thay đổi dễ dàng Iỷ số nén ع

Nhiệt độ không khí trên đường nạp: tk = 65 ± 10C

Nhiệt độ dầu trong các te td = 50 ÷650C

Áp suát dầu pd = 0.17 ÷ 0.21 Mpa ;

Áp suất nâng kim phun pph = 10.5 ± 0.4 MPa ;

Lưu lượng nhiên liệu Qnl = 10ml/ phút

Khe hở xupap lúc lạnh δnạp = 0.20mm ;

δxả = 0.25mm ;

Cho động cơ hoạt động bằng nhiên liệu cần thử nghiệm, thay đổi tỷ số nén

ع sao cho thời gian cháy trễ φi = 130 góc quay trục khuỷu (thời điểm bắi đầucháy tại ĐCT)

Tỷ số nén thu được trong điều kiện đó chính là عth ( đánh giá tính tự cháycủa nhiên liệu trong động cơ)

Nhiên liệu nào có عth càng thấp, tính tự cháy của nó càng tốt ( dễ tự cháy )

1.3.3.2 Chỉ số Xê tan

Số xê tan của nhiên liệu được xác định theo nhiên liệu mẫu do hỗn hợpcủa hai hydrocacbon tạo nên : chất xê tan chính ( C16H34) và chất α – mêtylnaptali (α- C10H7CH3) với tính tự cháy rất khác nhau Tính tự cháy củaxeetan được lấy là 100 đơn vị còn α – mê tylnaptalin là 0 đơn vị pha trộnhai chất trên theo tỷ lệ thể tích khác nhau sẽ được các nhiên liệu mẫu có tính

tự cháy thay đổi Iừ 0 đến 100 đơn vị

Số xêtan của nhiên liệu diesel là số phần trăm thể tích của chất xêtanchính ( C16H34) có trong hỗn hợp của nhiên liệu mẫu ,hỗn hợp này có tính tựcháy bên trong xilanh động cơ thử nghiệm với các điều kiện thử nghiệm quyđịnh, vừa bằng tính tự cháy của nhiên liệu cần thử nghiệm.

1.3.3.3 Chỉ số Xê ten

Được xác định tương tự như số xê tan, chỉ khác là trong hỗn hợp của nhiênliệu mẫu người tat hay xê tan bằng xê ten C16H32 Tính tự cháy của xê tenkém hơn xê tan , do đó số xeten lớn hơn số xe tan:

Khối lượng riêng của nhiên liệu ở 150C ;A ( 0C )

Điểm anilin, Iức là nhiệt độ kết tủa của nhiên liệu cần thí nghiệmpha trong aniline theo tỷ lệ thể tích 1:1

Giữa chỉ số diesel Đ và các chỉ tiêu khác có mối lien hệ khăng khít vớinhau

1.3.4 Giản đồ cháy của động cơ diesel.

1.3.4.1 Đặc điểm hình thành hòa khí trong động cơ diesel

Quá trình cháy trong động cơ diesel có những đòi hỏi sau: đảm bảo chonhiên liệu được cháy kiệt, kịp thời làm cho hóa năng của nhiên liệu đượcchuyển hết thành nhiệt năng, rồi từ nhiệt năng chuyển biến thành cơ năng mộtcách hiệu quả nhất Nhưng nhiên liệu của động cơ diesel lại là những thànhphần chưng cất nặng , khác với săng , nhiên liệu diesel có độ nhớt , khó bayhơi vì vậy không thể cho nhiên liệu và không khí được hòa trộn trước bênngoài xi lanh nhờ bộ chế hòa khí giống như động cơ xăng , mà phải dùng biệnpháp phun tơi nhiên liệu nhờ chênh áp lớn vào môi trường áp suất cao nhiệt

độ lớn của môi chất công tác trong buồng cháy động cơ vào cuối kì nén , làmcho hòa khí được hình thành trực tiếp bên trong xi lanh Sau đó hòa khí trảiqua các giai đoạn phản ứng hóa học phức tạp của ngọn lửa lạnh, ngọn lửaxanh, ngọn lửa nóng và phát hỏa tự bốc cháy Do cuối kì nén mới phun nhiênliệu vào xi lanh động cơ nên quá trình hình thành hòa khí rất ngắn , chỉ chiếmkhoảng 15 ÷ 350 góc quay trục khuỷu, do đó tạo nên tình trạng không đều vềthành phần hòa khí trong các khu vực buồng cháy động cơ Mặt khác khôngthể đem số nhiên liệu cấp cho chu trình phun cùng một lúc vào xi lanh động

cơ, vì vậy trong phút quá trình phun nhiên liệu, thành phần hòa khí trong xilanh cũng biến động liên tục Tại khu vực hòa khí đậm, nhiên liệu do thiếuoxy nên cháy chậm, thậm chí gây cháy không kiệt tạo ra khói đen trong khíxả,còn khu vực hòa khí nhạt gây nên tình trạng không tận dụng hết oxy Vìvậy động cơ diesel chỉ có thể hoạt động bình thường không thaỉ khói đen, khigiá trị sử dụng trung bình của hệ số dư lượng không khí α >1, nghĩa là trongtình trạng không sử dụng hết số oxy nạp vào trong động cơ Với trường hợp

α >1 vẫn còn hiện tượng cháy không kiệt, đó là một trong những vấn đề chínhcần giải quyết để nâng cao tính năng động lực và tính kinh tế của động cơ.Như vậy, muốn nâng cao tính năng của động cơ cần phải đảm bảo napjnhiều nhất không khí mới vào xy lanh, phải nâng cao mức hiệu suất sử dụng

số không khí này, có nghĩa là phải đảm bảo cho nhiên liệu được cháy kiệt với

hệ số dư lượng không khí α nhỏ nhất và quá trình cháy phải được kết thúc ởgần điểm chết trên.

Do đó, hình thành hòa khí và bốc cháy của nhiên liệu là các khâu then chốtquyết định tính năng động lực và tính năng kính tế của động cơ diesel

1.3.4.2 Đặc điểm của quá trình cháy trong động cơ diesel

Hình 1.4 Quá trình cháy của động cơ.

Nhiên liệu phun liên tục vào buồng cháy, cuối thời kì cháy trễ khoảng

30 ÷ 40% nhiên liệu được phun vào, một vài động cơ cao tốc cá biệt có thểphun 100% nhiên liệu trong thời kì này

Thời kì cháy trễ của quá trình cháy trong động cơ diesel, trên mộtchừng mực nào đó , cũng có những nét tương tự Như thời kì cháy trễ củađộng cơ xăng, chủ yếu là để hình thành nguồn lửa đảm bảo cho quá trình cháyđược phát triển ra toàn bộ buồng cháy Nhưng thòi gian cháy trễ của động cơxăng chủ yếu phụ thuộc vào việc chuẩn bị phản ứng hóa học của hòa khí còn

ở động cơ diesel ngoài việc phải chuẩn bị cần thiết cho phản ứng hóa học cònphải phân bố nhiên liệu trong không gian buồng cháy, sấy nóng các hạt nhiên

liệu làm nhiên liệu bay hơi và khuếch tán… vì vậy càng có nhiều yếu tố gâyảnh hưởng tới thời kì này.

Các thông số đặc trưng của giai đoạn cháy trễ là thời gian cháy trễ i (s)

hay góc cháy trễ i (oTK), phụ thuộc trước hết vào thành phần và tính chất củanhiên liệu như số xetan, xeten,độ nhớt, ngoài ra thòi kì cháy trễ còn chịu ảnhhưởng của yếu tố nhiệt độ và áp suất trong xilanh tại thời điểm phun, độ phuntơi,mức độ chuyển động rối của môi chất

+ Thời kì cháy nhanh:

Được tính từ điểm 2 đến khi đạt áp suất cực đại trong xi lanh ở động cơcao tốc, pz thường xuất hiện ở vị trí 6 ÷ 10o góc quay trục khuỷu, phía sauĐCT Đặc điểm của thời kì này là:

Nguồn lửa được hình thành, tốc độ cháy nhanh tăng, tốc độ tỏa nhiệtthường lớn nhất; ở cuối thời kì này nhiên liệu bốc cháy chiếm khoảng 1/3nhiên liệu cấp cho chu trình

Áp suất và nhiệt độ tăng nhanh, áp suất cao nhất lên tới 6 ÷ 9 (Mpa)

Nhiên liệu được phun tiếp vào buồng cháy ( số lượng nhiên liệu phunvào thời kì này phụ thuộc vào độ dài ngắn của thời gian cháy trễ và thời gianphun nhiên liệu của chu trình) làm tăng nồng độ nhiên liệu trong hòa khí

Trong thời kì cháy nhanh, tốc độ tăng áp suất ∆p/∆φ vượt quá 4 ÷ 6(x105Pa/ độ) sẽ tạo nên các xung áp suất đập vào bề mặt các chi tiết trongbuồng cháy, gây nên tiếng gõ đanh, sắc đó là chế độ hoạt động thô bạo củađộng cơ diesel Trong điều kiện hoạt động thô bạo các chi tiết chịu tải củađộng cơ dễ hỏng, rút ngắn tuổi thọ, đồng thời còn gây khó khăn cho việc điềukhiển lái xe, vì vậy xần tìm biện pháp tránh gây ra hiện tượng trên Tình hìnhcháy trong thời kì cháy nhanh phụ thuộc chính vào lượng nhiên liệu cấp cho

xi lanh trong thời kì cháy trễ và tình hình tiến triển của những chuẩn bị về mặtvật lý và hóa học của nhiên liệu trên Nếu thời kì cháy trễ kéo dài, và số lượngphun vào xilanh ở thời kì trên rất nhiều và đều được chuẩn bị đầy đủ để cháythì chỉ cần có một nới nào đó phát hỏa, màng lửa sẽ lan nhanh đến mọi nơi

của buồng cháy Tốc độ cháy rất lớn, do đó tăng tốc độ, gia tăng áp suất, hoạtđộng của động cơ sẽ trở nên thô bạo, rất khó điều khiển trực tiếp tốc độ cháycủa thời kì cháy nhanh, nhưng có thể điều khiển một cách gián tiếp thông quaviệc giảm bớt lượng nhiên liệu cấp cho xilanh trong thời kì cháy trễ Vì vậy

có thể thấy, điều khiển thời kì cháy trễ có ảnh hưởng rất quan trọng tới quátrình cháy của động cơ diesel Tuy nhiên, tính năng động lực và tính năngkinh tế của động cơ diesel hoạt động thô bạo chưa chắc đã quá kém

Trong thực tế,

Δpp Δpϕ của động cơ diesel nằm trong khoảng 0,3  0,6 MN/

m2 0TK, lớn hơn nhiều si với động cơ săng ( khoảng 3 lần) vì tỷ số nén caohơn Chính vì vậy nên động cơ diesel làm việc không em dịu như động cơxăng

+ Thời kì cháy chính:

Tính từ điểm 3 đến điểm 4 (điểm có nhiệt độ lớn nhất) điểm nhiệt độ lớn nhất thường xuất hiện phía sau ĐCT khoảng 20 ÷ 25o góc quay trục khuỷu Đặc điểm của thời kì này là:

Quá trình cháy tiếp diến với tốc độ cháy lớn, cuối thời kì cháy chậm đãnhả ra chiếm khoảng 70 ÷ 80% nhiệt lượng cấp cho chu trình

Trong thời kì này, thông thường đã kết thúc phun nhiên liệu, do sản vậtcháy tăng nhanh làm giảm nồng độ của nhiên liệu và oxy

Nhiệt độ tăng lên tới giá trị lớn nhất (1700 ÷ 2000oC), nhưng do piston

đã bắt đầu đi xuống nên áp suất hơi giảm xuống

Nồng độ sản vật trung gian trong buồng cháy giảm nhanh, còn nồng độcủa sản vật cháy cuối cùng tăng nhanh

Trong thời kì cháy chậm, mới đầu tốc độ cháy rất lớn, sau đó do lượngoxy trong buồng cháy giảm dần, sản vật cháy tăng lên nhiều, điều kiện cháytrở nên không lợi vì vậy cuối thời kì tốc độ cháy càng ngày càng chậm trongthời kì này một ít nhiên liệu được cháy trong điều kiện rất nóng và thiếu oxy

có thể cháy không hết tạo ra muội than cùng theo khí xả thải ra ngoài trời gây

ô nhiễm mỗi trường vì vậy vẫn đề chính của thời kì cháy chậm là mẫu thuẫn

giữa tốc độ cháy và tốc độ hình thành hòa khí Nếu tăng cường cũng cấp oxycho nhiên liệu để cải thiện chát lượng hình thành hòa khí sẽ làm tăng tốc độcháy, rút ngắn thời kì cháy chậm làm cho nhiên liệu cháy hoàn toàn, nâng caothêm tính năng động lực và tính năng kinh tế của động cơ.

+ Thời kì cháy rớt:

Được bắt đâu từ điểm nhiệt độ cực đại 4 tới khi cháy hêt 5 Rất khó xácđịnh điểm 5, trên thực tế điểm 5 có thể kéo dài tới lúc mở của thải thôngthường coi điểm 5 là điểm có nhiệt lượng do cháy nhả ra chiếm 95 ÷ 97%nhiệt lượng cũng cấp cho chu trình Trong những động cơ cao tốc, thời kì này

có thể chiếm khoảng 50% thời gian hình thành hòa khí và cháy của chu trình.Đặc điểm của thời kì này là:

Tốc độ cháy giảm dần tới khi kết thúc cháy, do đó tốc độ nhả nhiệtcũng giảm dần tới 0

Do thể tích môi chất trong xilanh tăng dần nên áp suất và nhiệt độ đều

hạ thấp

Ở thời kì cháy rớt do áp suất và nhiệt độ môi chất trong xilanh đều hạthấp, chuyển động của dòng khí yếu dần, sản vật cháy tăng dần làm cho điềukiện cháy của nhiên liệu kém hơn so với thời kì cháy chậm, khả năng hìnhthành muội than ( C ) càng lớn, mặt khác trong thời kì cháy rớt, sự cháy lạidiễn ra trong quá trình giãn nở, vì vậy phần nhiệt lượng nhả ra trong thời kìnày chuyển thành công ít hiệu quả hơn các thời kì trước Ngược lại nó cònlàm tăng phụ tải nhiệt các chi tiết của động cơ, tăng nhiệt độ khí thải và tăngtổn thất truyền nhiệt cho nước làm mát làm giảm các tính năng động lực vàtính năng kinh tế của động cơ Do đó luôn luôn mong muốn giảm thời kì cháyrớt tới mức ngắn nhất Muốn vậy phải tăng cường chuyển động của dòng khítrong buồng cháy động cơ cải thiện chất lượng hình thành hòa khí làm chonhiên liệu và không khí được hòa trộn tốt với nhau, đồng thời phải làm giảmlượng nhiên liệu phun vào xilanh trong thời gian cháy chậm, làm cho quátrình cháy về cơ bản kết thúc ở sát ĐCT

Qua những phân tích ở trên đối với đặc điểm quá trình cháy trong động cơdiesel có thể thấy: Muốn cho động cơ diesel hoạt động tin cậy ( đặc biệt là khikhởi động lạnh), cần phải đảm bảo cho nhiên liệu có điều kiện tốt để pháthỏa; muốn cho động cơ chạy êm,ít ồn, có tuổi thọ cao thì tốc độ tăng áp suất

và áp suất cực đại thời kì cháy nhanh không được vượt quá giới hạn cho phép,phải tìm mọi cách rút ngắn thời kì cháy trễ, giảm số hòa khí được hình thành

và được chuẩn bị tốt trong thời kì này ; muốn cho nhiên liệu được cháy kiệt,kịp thời nâng cao các tính năng động lực và kinh tế động cơ, giảm khói đen,cần cải thiện và tăng cường hòa trộn nhiên liệu và không khí trong thời kìcháy rớt

1.4 Một số hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

1.4.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail

1.4.1.1 Sơ đồ hệ thống

+ Hệ thống common rail là một hệ thống phun nhiên liệu kiểu tích áp.

Trong hệ thống Common rail thì việc tạo áp suất và phun nhiên liệu là táchbiệt nhau, một bơm cao áp riêng biệt được đạt trong thân máy tạo ra áp suấtliên tục Áp suất này chuyển tới và được tích lại trong rail cung cấp tới cácvòi phun

+ Bộ điều khiển động cơ sẽ điều chỉnh lượng nhiên liệu đi vào trong các

buồng cháy và thời điểm phun nhờ các van điện tử nằm trên vòi phun

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống (common rail).

1- làm mát nhiên liệu; 2- Lọc nhiên liệu; 3- Bơm bánh răng; 4- Van xả tràn; 5- Bơm cao áp; 6- Đầu bộ điều khiển nhiên liệu cao áp; 7- Bộ điều khiển nhiên liệu cao áp; 8- Van điều áp; 9- Ống tích áp hàng 2; 10- Ống tích áp hàng 1; 11- Van đẩy cơ khí (van bi); 12- Thùng chứa nhiên liệu; 13- bơm nhiên liệu( Bơm sơ cấp); 14- Van điện từ(van an toàn); 15- Bơm nhiên liệu thứ cấp; 16- Cụm làm mát nhiên liệu; 17- Van lưỡng kim.

1.4.1.2 Nguyên lý hoạt động

+ Nhiên liệu lấy từ thùng chứa dầu được bơm lên bởi bơm nhiên liệu sơcấp (13) và thứ cấp (15) (hình 1.7), đi qua bầu lọc nhiên liệu (2), tới bơmbánh răng (3) Dầu sẽ được tăng lên áp suất cao khi nó qua bơm cao áp (5).Trước khi tới các đường ống cung cấp nhiên liệu cao áp cho các vòi phun nóphải đi qua bộ điều khiển nhiên liệu cao áp (7) Áp suất này có thể lên đến

1350 bar Dầu áp cao sẽ đi vào các vòi phun ECU điều khiển sự hoạt độngcủa van điện từ lắp trên vòi phun tạo ra sự chênh áp suất nhiên liệu giữa cáckhoang chứa nhiên liệu và khoang piston ở trong vòi phun Do sự chênh ápnày làm kim phun nâng lên và tiến hành phun nhiên liệu

1.4.1.3 Đặc điểm của hệ thống

+ Áp suất phun nhiên liệu có thể được chọn rất rộng ở khoảng giá trị cho

phép lấy trong vùng đặc tính

+ Áp suất phun cao ngay ở số vòng quay thấp Áp suất nhiên liệu cao áp

được tạo ra và cấp đến ống phân phối, áp suất này lên đến 130 Mpa và khôngphụ thuộc vào tốc độ động cơ hay lượng phun nhiên liệu Có nghĩa là áp suấtphun cao ở mọi chế độ tốc độ

+ Phun nhiều lần: Việc chia nhỏ quá trình phun thành 2 giai đoạn cho phép

nhiên liệu cháy sạch và cháy êm Hai giai đoạn đó bao gồm giai đoạn phunmồi và giai đoạn phun chính Chính vì có giai đoạn phun mồi mà động cơcháy êm hơn

+ Điều khiển điện tử: Việc sử dụng ECU cho phép điều khiển rất chính xác

các thống số phun nhiên liệu như áp suất, thời điểm phun và lượng nhiên liệuphun

Với những ưu điểm trên, hệ thống common rail đang được sử dụng ngày càng rộng rãi

1.4.2 Hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp dãy

1.4.2.1 Sơ đồ hệ thống

Hình 1.6 Hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng bơm cao áp dãy.

1- Thùng chứa; 2- Lọc sơ cấp; 3- Bơm tiếp vận; 4- Lọc thứ cấp; 5- Bơm cao áp; 6- Ống cao áp; 7- Đến kim phun; 8- Đường dầu về; 9- Van an toàn; 10- Bơm tay; 11- Lưới lọc và van một chiều; 12- Bộ điều tốc; 13- Đai ốc xả gió.

1.4.2.2 Nguyên lý hoạt động

+ Khi piston (9) bắt đầu đi xuống nhờ lực đẩy của lò xo (5), đồng thời van

cao áp đóng kín nhờ lò xo của van cao áp (15) Do vậy đã tạo nên độ chânkhông ở khoang phía trên của piston Khi piston đi xuống qua lỗ nạp (18), lỗ

xả (10) thì nhiên liệu từ khoang bơm cao áp đi qua cửa nạp xả điền đầy vàokhoang phía trên piston Quá trình nạp diễn ra cho tới khi nào piston nằm ở vịtrí thấp nhất

Hình 1.7 Bơm cao áp đơn kiểu bơm dãy.

1- Cam; 2- Con lăn; 3- Con đội; 4- Vít điều chỉnh; 5- Lò xo bơm cao áp; Đĩa lò xo trên; 7- Ống xoay; 8- Thanh răng; 9- Piston; 10- Lỗ xả; 11- Xy lanh; 12- Đệm làm kín; 13- Đế van cao áp; 14- Thân van; 15- Lò xo của van cao áp ; 16- Đầu ống nối; 17- Thân bơm; 18- Lỗ nạp; 19- Vít kẹp chặt; 20- Vành răng; 21- Đệm; 22- Chốt; 23- Đĩa lò xo.

6-+ Khi piston (9) bắt đầu đi lên nhờ vào cam (1), thông qua con lăn (2),

con đội (3), lúc đầu nhiên liệu được đẩy ra ngoài qua các lỗ nạp xả cho đếnkhi piston che kín lỗ nạp xả, do nhiên liệu hầu như không chịu nén nên ápsuất trên đỉnh piston tăng vọt (đây là thời điểm bắt đầu cung cấp nhiên liệu)

Áp lực của nhiên liệu thắng lực lò xo của van cao áp (15) đẩy mở van cao áp

và nhiên liệu từ bơm cao áp qua đường ống cao áp tới vòi phun, phun vàođộng cơ Quá trinh cấp nhiên liệu cao áp tới vòi phun được tiếp diễn đến khirãnh nghiêng trên piston mở lỗ xả (đây là thời điểm kết thúc quá trình cung

cấp nhiên liệu) và nhiên liệu trong xilanh thoát ra ngoài làm áp suất nhiên liệuphía trên đỉnh piston giảm đột ngột khiến van cao áp đóng lại nhờ lực lò xocủa van cao áp và áp suất dư trên đường ống cao áp.

+ Hệ thống nhiên liệu HEUI là một trong những cải tiến lớn của động cơ

diesel HEUI cho phép điều chỉnh chính xác nhiên liệu phun vào buồng cháy

cả về thời gian, áp suất và lượng nhiên liệu phun mang lại hiệu suất cao chođộng cơ

+ Công nghệ phun nhiên liệu truyền thống trước đây phụ thuộc vào tốc

độ động cơ, khi tốc độ động cơ tăng thì áp suất cũng tăng lên, gây ảnh hưởngđến độ bền của động cơ và tăng tiêu hao nhiên liệu của động cơ Áp suất phunđối với hệ thống nhiên liệu HEUI không phụ thuộc vào tốc độ động cơ, màđược điều khiển bằng điện Vì vậy, động cơ trang bị hệ thống nhiên liệuHEUI sẽ tiết kiệm nhiên liệu hơn và khí xả sạch hơn

Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu HEUI.

1- Bơm thủy lực; 2- Làm mát dầu động cơ; 3- Dầu bôi trơn dẫn đến động cơ; 4- Lọc dầu; 5- Bơm dầu; 6- Các vòi phun nhiên liệu; 7- Ống dẫn nhiên liệu; 8- Điều áp nhiên liệu; 9- Bơm chuyển nhiên liệu; 10- Cảm biến IAP; 11- Van điều khiển IAP; 12- Lọc tinh nhiên liệu; 13- Thùng nhiên liệu; 14- Bánh răng cam; 15- Cảm biến tốc độ; 16- Lọc thô nhiên liệu; 17- Bộ tách nước; 18- Cảm biến nhiệt độ dầu; 19- Cảm biến áp suất tăng áp; 20- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 21- Cảm biến áp suất dầu; 22- Cảm biến áp suất nhiên liệu; 23- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu; 24- Cảm biến nhiệt độ không khí; 25- Cảm biến áp suất khí quyển; 26- Cảm biến vị trí chân ga; 27- Cáp dữ liệu; 28- Rơ

le điện từ; 29- Đèn báo; 30- Đen chuẩn đoán; 31- Công tắc nước làm mát; 32- Nút tắt động cơ; 33- Tín hiệu tốc độ động cơ; 34- Tín hiệu không tải cao thấp; 35- Tín hiệu lỗi điều khiển; 36- Bộ điều khiển điện ECM; 37- Ắc quy.

1.4.3.2.Nguyên lý chung

+ Đường nhiên liệu: Nhiên liệu từ thùng chứa (13) qua bộ tách nước (17),

lọc thô (16), bơm chuyển nhiên liệu (9), lọc tinh nhiên liệu (12) đi tới khoangchứa sẵn ở trong các vòi phun

+ Đường dầu bôi trơn: Dầu bơi trơn qua bơm thủy lực (1) chia làm 2

nhánh, một nhánh dẫn đến động cơ để bôi trơn, một nhánh đi tới các vòi phun

để tạo áp suất phun cho nhiên liệu

+ Dưới sự điều khiển của bộ điều khiển điện ECM, làm dịch chuyển van

điện từ nằm ở trong vòi phun, van này dịch chuyển sẽ mở cửa nạp và cửa xả,

dầu bôi trơn sẽ tác động vào các piston Các piston này sẽ nén nhiên liệu đãchờ sẵn ở trong vòi phun lên áp suất rất cao phục vụ cho quá trình phun.

1.4.4 Hệ thống bơm cao áp phân phối VE

1.4.4.1 Điều chỉnh lượng

+ Điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp bằng van xả nhiên liệu cao áp Trục 1

được dẫn động từ trục khuỷu động cơ và nhờ khớp chữ thập 18 làm đĩa cam

16 và piston 13 quay Đĩa cam có số vấu cam bằng số xilanh của động cơ vàđược lò xo 15 ép tì lên các con lăn 17, nên đĩa cam vừa quay vừa chuyểnđộng tịnh tiến qua lại, mang piston chuyển động theo Số lần chuyển độngtịnh tiến qua lại của đĩa cam và piston trong một vòng quay bằng số xilanhđộng cơ Chuyển động tịnh tiến qua lại của piston thực hiện quá trình hút vàbơm nhiên liệu, còn chuyển động quay thực hiện phân phối nhiên liệu đến cácxilanh theo thứ tự làm việc của động cơ

Hình 1.9 Bơm phân phối VE, sơ đồ nguyên lý (a) và piston bơm (b).

1- Trục dẫn động bơm; 2- Bơm nhiên liệu thấp áp; 3- Khoang nhiên liệu thấp áp; 4- Cần điều khiển; 5- Bạc xả; 6- Đường nạp nhiên liệu; 7- Cửa cấp nhiên liệu; 8- Cửa nạp; 9- Rãnh nạp nhiên liệu trên piston; 10- Khoang nhiên liệu cao áp; 11- Van cao áp; 12- Nhánh phân phối; 13- piston; 14- Lỗ xả trên piston: 15- Lò xo bơm; 16- Đĩa cam; 17- Con lăn; 18- Khớp nối di trượt kiểu chữ thập

+ Khi piston 13 đi sang trái (do lò xo 15 ép), một rãnh nạp 9 trên đầupiston sẽ thẳng với cửa nạp 8 thông với đường nạp 6, do đó nhiên liệu từkhoang thấp áp 3 được nạp vào không gian phía trên của piston cho đến khi

piston đi đến điểm chết dưới Khi piston quay đi một góc và chuyển độngsang phải (do đĩa cam 16 đẩy), rãnh nạp 9 quay lệch đi khỏi cửa nạp 8 và đầupiston đóng cửa nạp, trong khi cửa cấp nhiên liệu 7 trên piston quay đến vị tríthẳng với một nhánh phân phối nhiên liệu 12 đến một xilanh nào đó trongđộng cơ.

+ Piston đi sang phải, nhiên liệu trong khoang 10 bị nén đến áp suất cao và

đi theo lỗ khoang ở tâm piston đến cửa cấp nhiên liệu 7, vào đường nhánh 12,đẩy mở van cao áp 11 đi đến vòi phun, vào buồng cháy đông cơ Quá trìnhcấp nhiên liệu được tiếp diễn cho đến khi lỗ xả 14 đi ra khỏi mặt trụ bao kíncủa bạc xả 5 (mở cửa xả) Lúc này, nhiên liệu trong không gian 10 theo lỗ xả

14 thoát trở lại khoang thấp áp, làm áp suất trong khoang 10 tụt và van cao áp

11 đóng lại, kết thúc quá trình cấp nhiên liệu Như vậy, muốn điều chỉnhlượng nhiên liệu cung cấp chu trình khi thay đổi tải của động cơ, chỉ cầnthông qua cần điều khiển 4 dịch chuyển bạc xả 5 sang trái (giảm tải) hoặcsang phải (tăng tải) để thay đổi thời điểm kết thúc cấp nhiên liệu sớm haymuộn Sau đó, piston lại lặp lại quá trình hút và bơm nhiên liệu như trên,nhưng lần này piston quay đến thực hiện cấp nhiên liệu cao áp vào đườngphân phối cho xilanh có thứ tự làm việc tiếp theo Sau một vòng quay củapiston, lần lượt tất cả các xilanh đều được cấp nhiên liệu Trong bơm phânphối nói trên, ngoài hai bộ đôi siêu chính xác, piston-xilanh và van cao áp -

đế van, bộ đôi bạc xả - piston cũng là bộ đôi siêu chính xác

1.4.4.2 Ưu điểm:

+ Bơm phân phối có độ tin cậy cao, độ bền cao, dễ bảo dưỡng, sửa chữa

và điều chỉnh

+ Bơm phân phối không có nhiều bộ đôi siêu chính xác.

+ Độ đồng đều giữa các xilanh tốt.

1.4.4.3 Nhược điểm:

Bơm phân phối VE cơ khí sử dụng điều tốc cơ khí đa chế thay đổi sứccăng ban đầu của lò xo điều tốc cơ khí có rất nhiều nhược điểm

Về điều khiển lượng: Điều tốc cơ khí chỉ điều chỉnh theo tốc độ động cơ

và theo tải Ở một số kết cấu khác còn thay đổi theo áp suất đường nạp nhưng

đó chỉ là để giới hạn lượng nhiên liệu Với điều tốc cơ khí nói chung tồn tại

+ Bộ phận cung cấp nhiên liệu: Thùng nhiên liệu, bầu lọc, bơm cao ápphân phối VE, kim phun trang bị bộ cảm biến lúc van kim mở, các đường ốngdẫn dầu cao áp và thấp áp.

+ Bộ cung cấp khí: Bộ cảm biến lưu lượng khí nạp, đường khí nạp,đường xả, van khí thải tuần hoàn kép EGR

+ Bộ điều khiển điện tử

+ Bộ xử lý và điều khiển trung tâm ECU

+ Các bộ cảm biến khác: Bộ cảm biến vị trí chân ga, bộ cảm biến vận tốc

xe, bộ cảm biến nhiệt độ nước, bộ cảm biến lưu lượng khí nạp, bộ cảm biếnvận tốc trục khuỷu và vị trí ĐCT

+ Bộ tác động hay bộ chấp hành

Các bộ phận trên phối hợp hoạt động thay thế cho bộ điều tốc cơ năng để định lượng phun nhiên liệu thật chính xác phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ

+ Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống

Về cơ bản hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu điều khiển bằngđiện tử trang bị cho bơm cao áp phân phối kiểu VE cũng như hoạt động của

hệ thống cung cấp nhiên liệu bơm cao áp phân phối trang bị bộ điều tốc cơnăng Nó chỉ khác ở chỗ có thêm bộ phận điều khiển bằng điện tử, Vì vậy tachỉ xét đến nguyên lý hoạt động của bộ phận điều khiển điện tử

+ Tín hiệu vào:

ECU thu nhận các thông tin từ các bộ cảm biến sau:

Bộ triết áp: Bố trí trên bộ tác động của 2 ghi nhận thông tin về vị tríkhâu phân lượng, mỗi vị trí của lõi bộ tác động tương đương với một trị sốđiện áp phản hồi báo về ECU

Một bộ triết áp khác liên kết với bàn đạp chân ga ghi nhận thông tin

về vị trí của bàn đạp chân ga rồi phát tín hiệu điện báo về ECU

Bộ cảm biến vị trí ĐCT và vận tốc trục khuỷu ghi nhận thông tin về vịtrí và vận tốc của trục này rồi phát ra một tín hiệu điện từ tương đươngchuyển về bộ trung tâm ECU.

Bộ cảm biến tác động của béc phun nhiên liệu bố trí trên đầu của mộttrong các béc phun sẽ ghi nhận thông tin lúc van chưa mở và báo về choECU

+ Bộ xử lý trung tâm ECU:

Sau khi nhận được các thông tin báo về từ các bộ cảm biến tín hiệu vào,ECU sẽ lập trình và tính toán dựa trên các chương trình đã được cài đặt đểđưa ra các tín hiệu điều khiển cho động cơ, giúp động cơ phát huy tối đa côngsuất, giảm suất tiêu hao nhiên liệu và đảm bảo cho khí thải nằm trong điềukiện cho phép không làm ô nhiễm môi trường

+ Các tín hiệu ra:

Điều khiển thời điểm phun nhiên liệu

Điều khiển định lượng nhiên liệu bơm đi

Điều chỉnh tua bin tăng áp để có được áp suất khí nạp thích hợp

Điều khiển lượng khí thải tuần hoàn khép kín

1.4.5.2 Ưu, nhược điểm

Ngoài những ưu điểm của bơm cơ khí VE ở trên, bơm điện tử đã khắcphục được những nhược điểm của bơm VE nhờ:

+ Tín hiệu điều khiển lượng nhiên liệu, điều khiển thời điểm phun phụthuộc nhiều thông số đầu vào vì thế quá trình điều khiển chính xác

+ Chương trình điều khiển bơm điện tử là điều khiển theo vòng kín, tức làlấy tín hiệu phản hồi từ cảm biến vị trí bạc xả cũng như cảm biến thời điểmnâng kim phun

CHƯƠNG II ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU, LINH KIỆN CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU

ĐỘNG CƠ DIESEL TRÊN XE HUYNDAI 2.1 Bơm cao áp phân phối kiểu VE

2.1.1 Nhiệm vụ

Ngày nay, ở những động cơ cao tốc nhỏ đặc biệt là ở các loại xe tải, xekhách người ta thường dùng bơm cao áp VE, vì bơm có kết cấu gọn nhẹ làmviệc với độ chính xác cao Bơm cao áp VE có các nhiệm vụ sau:

+ Áp suất dầu phun luôn được giữ cố định

+ Cung cấp một lượng nhiên liệu lí tưởng vào buồng đốt khí đốt theo từngchế độ động cơ, phù hợp với lượng khí nạp vào

+ Lượng dầu cao áp được bơm cao áp điều khiển phù hợp với tốc độ động

cơ được ấn định sẵn

+ Bơm cao áp giúp cho động cơ không vượt quá tốc độ cực đại cho phép.+ Bơm cao áp ấn định thời gian phun khi tốc độ động cơ và tải thay đổi,quyết định thời gian phun sớm hay muộn

+ Bơm VE phân phối nhiên liệu vào từng xi lanh một cách đồng đều vàchính xác

Bơm phun nhiên liệu đẩy nhiên liệu đến từng vòi phun Bơm phun có chứcnăng kiểm soát lượng phun và thời điểm phun nhiên liệu

Hút nhiên liệu: Bơm cấp liệu hút nhiên liệu từ bình và nén trong thân bơm Bơm nhiên liệu: Sử dụng một piston để đưa nhiên liệu áp suất cao tới mỗivòi phun bằng chuyển động tịnh tiến và quay

Kiểm soát lượng phun: Bộ điều tốc điều khiển lượng phun và công suấtđộng cơ Bộ điều tốc có chức năng kiểm soát tốc độ tối đa của động cơ đểngăn động cơ chạy quá tốc độ và giữ ổn định tốc độ chạy không tải

Kiểm soát thời điểm phun: Bộ định thời điều khiển thời điểm phun theo tỷ

lệ thuận với tốc độ động cơ Các bộ phận bên trong bơm phun được bôi trơn

và làm mát bằng nhiên liệu

Nắp bơm bao gồm giá ga, lò xo ga 2, cần ga 1, van zic lơ 6, vít điềuchỉnh thời điểm phun.

Trục chủ động 27 quay làm quay đĩa cam 18 thông qua khớp nối kiểuvấu bao gồm 2 vấu trên đầu trục chủ động và 2 vấu trên đĩa cam Cả 2 vấunày ăn khớp với nhau thông qua khớp nối chữ thập 24 Đĩa cam quay và

tỳ lên 4 cặp con lăn trong và ngoài 19 nằm trên giá đỡ 23 Cùng vớichuyển động quay trên trục, đĩa cam 18 chuyển động tịnh tiến dọc trục khivấu cam quay tỳ lên các con lăn nhờ các lò xo trả về 15 Chuyển động đĩacam 18 làm cho piston bơm cao áp 13 vừa xoay tròn vừa chuyển độngtịnh tiến trong xi lanh bơm 12 Trên phần đuôi của piston bơm cao áp làvan định lượng 16 Chức năng của nó là xác định chính xác các thời điểmngừng cung cấp nhiên liệu của mỗi hành trình bơm, bằng cách mở lỗ thoátnhiên liệu cao áp thông về cácte bơm

Hình 2.11 Bơm cao áp phân phối nhiên liệu kiểu VE.

16.Van định lượng 17.Giá lò xo trả về.

23.Giá con lăn.

28 Bánh răng dẫn động bơm.

Bộ điều tốc bao gồm bánh răng quay trơn trên trục điều tốc Trong hộp

vỏ điều tốc có 4 quả văng tỳ lên ống trượt Lực ly tâm của quả văng đẩyống trượt 3 tỳ lên cần khởi động 9 của bộ tay đòn điều tốc cân bằng vớilực lò xo điều tốc móc trên cần bẩy 8 Bộ tay đòn điều tốc được lắp trêngiá treo ở phía dưới có khớp cầu lắp vào van định lượng16 để điều khiểnnhiên liệu cung cấp của mỗi hành trình bơm phù hợp với chế độ tải và chế

độ động cơ Áp suất nhiên liệu được điều chỉnh bằng van điều áp 29 Cắtnhiên liệu cung cấp bằng cơ khí hoặc van điện từ 10 Cắt nhiên liệu bằngtay thông qua hệ thống đòn bẩy bộ điều tốc và van định lượng 16

2.1.3 Nguyên lý hoạt động

+ Bơm cấp liệu, đĩa cam và piston được điều khiển bằng trục dẫn động vàquay theo tỷ lệ bằng một nửa động cơ

+ Hai lò xo piston đẩy piston và các đĩa cam lên các con lăn

+ Đĩa cam có số mặt cam bằng số xi lanh (động cơ 4 xi lanh thì đĩa cam có

4 mặt cam) Đĩa cam quay lên trên con lăn cố định nó đẩy piston ra và vào

Do đó piston theo sự dịch chuyển của mặt cam, chuyển động tịnh tiến ănkhớp với cam và quay Ứng với một vòng quay của đĩa cam, piston sẽ quaymột vòng và tịnh tiến 4 lần

Hình 2.12 Phân phối và cấp nhiên liệu

+ Đĩa cam có số mặt cam bằng số xi lanh (động cơ 4 xi lanh thì đĩa cam

có 4 mặt cam) Đĩa cam quay lên trên con lăn cố định nó đẩy piston ra và vào

Do đó piston theo sự dịch chuyển của mặt cam, chuyển động tịnh tiến ăn khớp với cam và quay Ứng với một vòng quay của đĩa cam, piston sẽ quay một vòng và tịnh tiến 4 lần

+ Việc cung cấp nhiên liệu cho mỗi xi lanh được thực hiện bằng 1/4 vòngquay đĩa cam và một lần chuyển động tịnh tiến của piston

+ Piston có 4 rãnh hút, một cửa phân phối, một cửa tràn và một rãnh cânbằng áp suất Cửa tràn và cửa phân phối đặt thẳng hàng với lỗ vào ở tâmpiston

+ Nhiên liệu được hút từ rãnh hút của piston Sau đó nhiên liệu được nén mạnh qua van phân phối từ cửa phân phối và bơm vào vòi phun

2.1.3.1 Quá trình hút

Khi piston đi xuống (chuyển sang trái), một trong 4 rãnh hút trong pistonbơm sẽ thẳng hàng với cửa hút trong đầu phân phối Do vậy, nhiên liệu đượchút vào buồng áp suất và đi vào trong piston

Hình 2.13 Quá trình hút