Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD FTV trên xe toyota hiace

- Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốtgiữa số lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phunvớihình dạng buồng cháy và với cường độ và phương

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

1 Mục đích ý nghĩa đề tài 3

2 Giới thiệu động cơ 2KD-FTV 4

2.1 Khái quát chung 4

2.2 Các cơ cấu chính của động cơ 6

3 Tổng quan về hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 11

3.1 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 11

3.1.1 Nhiệm vụ 11

3.1.2 Yêu cầu đối với hệ thống 12

3.2 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 12

3.3 Đặc điểm hình hành hoà khí trong động cơ diesel 13

3.3.1 Đặc điểm 13

3.3.2 Những đặc trưng của động cơ diesel 13

3.4 Đặc điểm kết cấu các bộ phận chính của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 14

3.4.1 Cấu tạo của bơm cao áp 14

3.4.2 Các dạng cấu tạo vòi phun trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 16

3.5 Nhược điểm của hệ thống nhiên liệu diesel cổ điển 18

3.5.1 Đặc tính tốc độ của bơm cao áp 18

3.5.2 Đặc tính phun của hệ thống phun nhiên liệu kiểu cũ 19

3.6 Giới thiệu hệ thống Common Rail Diesel 21

4 Thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV 22

4.1 Tính toán nhiệt và các thông số kết cấu cơ bản của bơm cao ap và vòi phun .22 4.1.1 Tính toán nhiệt 22

4.1.2 Xác định các thông số cơ bản của bơm cao áp 33

4.1.3 Xác định các thông số cơ bản của vòi phun 34

4.2 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 35

4.3 Đặc tính và chức năng của hệ thống 36

4.4 Ưu điểm của hệ thống nhiên liệu này 37

4.5 Kết cấu hệ thống nhiên liệu common rail cho động cơ 2KD-FTV 37

4.5.1 Vùng áp suất thấp 37

4.5.2 Vùng áp suất cao 40

4.6 Các cảm biến và bộ điều khiển của hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV 57

4.6.1 Cảm biến vị trí van cắt đường nạp 57

4.6.2 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 59

4.6.3 Các bộ tạo tín hiệu G và NE(Cảm biến trục cam,trục khuỷu ) 61

1

4.6.4 Cảm biến nhiệt độ nước, Cảm biến nhiệt độ khí nạp 63

4.6.5 Cảm biến áp suất tăng áp 65

4.6.6 Cảm biến vị trí van EGR 66

4.6.7 Bộ điều khiển điện tử (ECU – Electronic Control Unit) 67

4.6.8 EDU ( Electronic Driver Unit ) 72

4.7 Các quá trình điều khiển phun nhiên liệu 72

4.7.1 xác định lương phun 72

4.7.2 Xác định thời điểm phun 75

4.7.3 Đièu khiển lượng phun trong khi khởi động 75

4.7.4 Phun trước 76

4.7.5 Điều khiển tốc độ không tải 77

4.7.6 Điều khiển giảm rung động khi chạy không tải 78

4.7.7 Điều khiển áp suất nhiên liệu 78

5 Tìm hiểu các dạng hư hỏng, cách khắc phục và chẩn đoán 79

5.1 Các dạng hư hỏng thường gặp ở hệ thống nhiên liệu 79

5.1.1 Các hư hỏng bơm cao áp 79

5.1.2 Các hư hỏng của vòi phun 79

5.1.3 Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu 79

5.1.4 Các hư hỏng của đường ống dẫn nhiên liệu 79

5.1.5 Hư hỏng hệ thống điện tử và các cảm biến 80

5.2 Khắc phục các hư hỏng hệ thống nhiên liệu 80

5.2.1 Bơm cao áp 80

5.2.2 Ống phân phối 80

5.2.3 Vòi phun 80

5.3 Phương pháp chẩn đoán 80

5.3.1 Động cơ không tải, không êm, bị rung động 80

5.3.2 Động cơ có tiếng gõ, kêu lạch cạch 81

5.3.3 Động cơ yếu, bị ì 81

5.4 Công tác bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu common rail lắp trên động cơ 2KD-FTV 82

6 Kết luận 84

Tài liệu tham khảo 87

LỜI NÓI ĐẦU 2

Đi lại, vận chuyển hàng hóa là nhu cầu khổng lồ và ngày càng tăng của conngười trên toàn thế giới Ô tô gần như là phương tiện chủ lực đáp ứng nhu cầu đó.Công nghệ ô tô là một ngành khoa học kỹ thuật phát triển rất nhanh trên phạm vitoàn thế giới, để đáp ứng nhu cầu trên đã làm cho tốc độ gia tăng số lượng ô tô trênthế giới rất nhanh Do đó, tình hình giao thông ngày càng phức tạp và nảy sinh racác vấn đề cấp bách cần phải giải quyết như tai nạn giao thông, ô nhiễm môi trường,khủng hoảng nhiên liệu… Để giải quyết các vấn đề đó, đòi hỏi ngành công nghệ ô

tô phải áp dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến trong thiết kế, ứng dụng các nguyên vậtliệu và công nghệ hiện đại để cho ra đời những chiếc xe ngày càng hoàn hảo vớitính năng vận hành và tính an toàn vượt trội

Một trong những hệ thống rất mới liên quan đến điều khiển động cơ đó là hệthống nhiên liệu COMMON RAIL Hệ thống nhiên liệu common rail là một cải tiếntrong động cơ diesel và là một trong số những hệ thống được khách hàng quan tâmhiện nay khi mua xe ô tô vì những lợi ích mà nó mang lại khi sử dụng như: tiết kiệmnhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường, công suất lớn, giảm tiếng ồn trong động cơ

Và trong quá trình học tập, đặc biệt trong hai tháng thực tập tốt nghiệp em đã đượctiếp xúc, tìm hiểu về hệ thống nhiên liệu này và nhận thấy đây là đề tài rất mới liênquan đến chuyên nghành cơ khí động lực của mình Chính vì vậy em đã chọn đề tàitốt nghiệp: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV trên xe ToyotaHIACE

Do kiến thức của bản thân còn hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều và thời gian

có hạn nên đồ án này của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong thầygiáo hướng dẫn và các thầy cô trong bộ môn tận tình chỉ bảo thêm để đồ án của emđược hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS:Trần Văn

Nam, cùng các thầy cô giáo trong bộ môn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.

Hiện nay các phương tiện giao thông vận tải là một phần không thể thiếutrong cuộc sống con người Cũng như các sản phẩm của nền công nghiệp hiện nay,

ô tô được tích hợp các hệ thống tự động lên các dòng xe đã và đang sản xuất vớichiều hướng ngày càng tăng Động cơ diesel là một trong những động cơ được sửdụng trên ôtô Nó có những yêu điểm là nhiên liệu diesel rẻ hơn các loại nhiên liệukhác, sinh ra mômen xoắn lớn hơn, hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao hơn Tuy nhiêntrước kia nó lại chỉ thường được sử dụng trên xe tải do gây ra tiếng ồn lớn và ôinhiễm môi trường Hệ thống nhiên liệu common rail là một cải tiến trong động cơdiesel và là một trong số những hệ thống được khách hàng quan tâm hiện nay khimua xe ô tô vì những lợi ích mà nó mang lại khi sử dụng như: tiết kiệm nhiên liệu,giảm ô nhiễm môi trường, công suất lớn, giảm tiếng ồn trong động cơ Vì vậyngày nay động cơ sử dụng nhiện liệu diesel không những được sử dụng trên xe tải

mà còn được sử dụng trên các dòng xe cao cấp của các hãng như Toyota, Mercedes,BMW và Volkswagen… Việc nghiên cứu hệ thống nhiên liệu Common Rail sẽ giúpchúng ta nắm bắt những kiến thức cơ bản để nâng cao hiệu quả khi sử dụng, khaithác, sửa chữa và cải tiến chúng Ngoài ra nó còn góp phần xây dựng các nguồn tàiliệu tham khảo phục vụ nghiên cứu trong quá trình học tập và công tác

Các dòng xe ra đời với các bước đột phá về nhiên liệu mới và tiêu chuẩn khíthải đựợc chấp thuận trong ngành sản xuất ô tô nhằm bảo vệ môi trường thì bêncạnh đó công nghệ sản xuất không ngừng ngày càng nâng cao Công nghệ điềukhiển và vi điều khiển ngày càng được ứng dụng rộng rãi thì việc đòi hỏi phải cókiến thức vững vàng về tự động hóa của cán bộ kỹ thuật trong ngành cũng phảinâng lên tương ứng mới mong có thể nắm bắt các sản phẩm được sản xuất cũng nhưdây chuyền đi kèm, có như vậy mới có thể có một công việc vững vàng sau khi ratrường

Khi xem những chiếc xe ô tô của các nước sản xuất em không chỉ ngỡ ngàng

và thán phục nền công nghiệp sản xuất ô tô của thế giới mà em còn tự hỏi: Bao giờViệt Nam chúng ta cũng sẽ sản xuất được những chiếc xe như thế? Đây là ướcmong muốn của rất nhiều người đối với ngành công nghiệp ô tô Việt Nam, là sinhviên ngành động lực em hi vọng mình cũng sẽ đóng góp một phần nhỏ nào đó đểnền công nghiệp ô tô Việt Nam ngày càng phát triển

Vì những lý do trên em chọn đề tài "Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệuđộng cơ 2KD-FTV trên xe Toyota Hiace" để làm đề tài tốt nghiệp

2 Giới thiệu động cơ 2KD-FTV

4

2.1 Khái quát chung

Hình 2-1 Mặt cắt động cơ 2KD-FTV

Động cơ 2KD-FTV của hãng Toyota là loại động cơ Diesel tuabin tăng ápTOYOTA D-4D, 4 kỳ 4 xylanh được đặt thẳng hàng và làm việc theo thứ tự nổ 1-3-4-2 Động cơ có công suất lớn 75 KW/3600 v/ph, với hệ thống hồi lưu khí xả, hệthống tăng áp tuabin và hệ thống phối khí của các xupáp được dẫn động trực tiếp từtrục cam thông qua con đội thuỷ lực, việc sử dụng con đội thuỷ lực và cách bố trí 4xupáp trên một xylanh (2 xupáp nạp, 2 xupáp thải) tạo đươc chất lượng nạp và thải(nạp đầy, thải sạch), nhằm tăng công suất động cơ, giảm được lượng khí thải độchại gây ô nhiễm môi trường…

Bảng 1-1 Bảng thông số kỹ thuật động cơ

5

Tên thông số Kí hiệu Giá trị Thứ nguyên

Loại buồng cháy Thống nhất

Loại động cơ Tăng áp tuabin khí

2.2 Các cơ cấu chính của động cơ

2.2.1 Thân máy

Hình 2-2 Thân máy-Được chế tạo bằng thép hợp kim thấp

-Bổ sung nhiều gân tăng cứng giúp giảm rung động

2.2.2 Piston

-Buồng cháy được tạo ra trên đỉnh piston để phù hợp với việc phun nhiênliệu trực tiếp

6

Hình 2-3 Piston

2.2.3 Thanh truyền và bạc thanh truyền

-Thanh truyền làm bằng thép có độ bền cao

-Giữa 2 nắp thanh truyền có chốt định vị để tăng tính ổn định khi lắp ráp -Bạc thanh truyền làm bằng nhôm và có vấu định vị

Hình 2-4 Thanh truyền và bạc thanh truyền

2.2.4 Trục khuỷu và bạc trục khuỷu

7

Hình 2-5 Trục khuỷu và bạc trục khuỷu+Trục khuỷu có 5 cổ trục và 8 khối cân bằng

+Bạc trục khuỷu được doa tinh sẽ đạt được khe hở dầu tối ưu Do đó cảithiện trạng thái khởi động lạnh và giảm được rung động của động cơ

+Nửa bạc trên có rãnh dầu dọc theo lòng chu vi

2.2.5 Cơ cấu xu páp

Hình 2-6 Cơ cấu xu páp-Mỗi xy lanh có 2 xu-páp nạp xả với các cửa nạp/xả rộng hơn sẽ tăng cườnghiệu quả nạp và xả

-Các xu páp được mở/ đóng trực tiếp bằng trục cam

-Đai cam dẫn động trục cam nạp, sau đó trục cam xả được trục cam nạp dẫnđộng thông qua bánh răng

-Trục cam và xu páp

8

Hình 2-7 Trục cam và xu páp

1- Bánh răng dẫn động cam nạp ; 2- Cam nạp ; 3- Bánh răng dẫn động cam xả ; 4- Cam xả ; 5- Cam ;6- Lò xò xupap ; 7- Xupap

+Con đội xu páp là loại không dùng căn đệm điều chỉnh

+Cần thay thế con đội xu páp để đạt được khe hở thích hợp

2.2.6 Hệ thống bôi trơn

-Lỗ phun dầu của piston nằm dưới đáy quả piston

-Mỗi vòi phun dầu đều có van 1 chiều để ngăn chặn việc bơm dầu khi áp suấtdầu động cơ là thấp

Hình 2-8 Phun dầu làm mát piston

2.2.7 Hệ thống làm mát động cơ

9

Động cơ 2KD-FTV có hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức, kiểukín, nước tuần hoàn trong hệ thống nhờ bơm ly tâm được dẫn động từ trục khuỷu.

Hình 2-9 Cách bố trí hệ thống làm mát

2.2.8 Tua bin tăng áp

Là loại gọn nhẹ, được làm mát bằng áo nước tại ổ bạc giúp cải thiện tínhnăng nạp

Van cửa xả sẽ điều khiển áp suất tăng áp của tua bin, vận hành bằng cơ cấu

cơ khí tùy vào áp suất của tua bin

Hình 2-10 Tua bin tăng áp

10

2.2.9 Van EGR

Van này được lắp trên đường nạp, do được làm mát nên cho phép lượng khí

xả lớn hơn đi qua

Một cảm biến vị trí van EGR sẽ đo trực tiếp vị trí mở của van, giá trị đo nàyđược ECU động cơ theo dõi để hiệu chỉnh chính xác độ mở của van

Hình 2-11 Van EGR

3 Tổng quan về hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

Động cơ diesel là phát minh của Rudolf Diesel, người đã tốt nghiệp Đại học

Kỹ thuật ở Munich, Đức, với số điểm cao nhất trong lịch sử của trường Ông đãđược cấp bằng sáng chế cho động cơ diesel đầu tiên vào năm 1892.Từ đó, côngnghệ động cơ diesel vẫn không ngừng được cải tiến, và bất chấp nhiều quan điểmhoài nghi từ trong ngành, hãng Mercedes-Benz của Đức đã cho ra mắt chiếc ô tô lắpđộng cơ diesel đầu tiên trên thế giới, xe 260D, vào năm 1936 Từ đó đến nay động

cơ Diesel không ngừng được cải tiến, với các giải pháp kỹ thuật tối ưu làm giảmmức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu Các nhà động cơ Diesel đã đề

ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm giớihạn các chất ô nhiễm

3.1 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

3.1.1 Nhiệm vụ

-Dự trữ nhiên liệu đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trongmột thời gian nhất định mà không cần cấp thêm nhiên liệu; lọc sạch nước,tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu ; giúp nhiên liệu chuyển động thôngthoáng trong hệ thống

11

- 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 chế độ làmviệc của động cơ

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

+Lưu lượng nhiên liệu vào các xylanh phải đông đều

+Phải phun nhiên liệu vào xylanh qua 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 xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốtgiữa số lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phunvớihình dạng buồng cháy và với cường độ và phương hướng chuyển động củamôi chất trong buồng cháy để hoà khí được hình thành nhanh và đều

3.1.2 Yêu cầu đối với hệ thống

Hệ thống nhiên liệu động cơ diezen phải thỏa mãn các yêu cầu sau: -Hoạt động lâu bền có độ tin cậy cao;

-Dễ dàng, thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa;

-Dễ chế tạo, giá thành hạ;

3.2 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

1

2 5

4 6

8 9

7

10 11 12

13

3

Hình 3-1 Hệ thống nhiên liệu động cơ diezel

1- Thùng chứa; 2,5,- Ống nhiên liệu thấp áp; 3- Lọc thô;

4- Bơm chuyển;6- Lọc tinh; 7,12,13- Ống nhiên liệu hồi;

9- Bơm cao áp; 10- Ống nhiên liệu cao áp; 11 Vòi phun.

Trên hình 3-1 giới thiệu sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel Bơmchuyển nhiên liệu 4 hút nhiên liệu từ thùng chứa 1 qua bình lọc thô 3 để cung cấpnhiên liệu qua bầu lọc tinh 6 tới bơm cao áp 9 Ở đây, bơm cao áp tiếp tục đưa

12

nhiên liệu lên vòi phun, với áp suất cao để phun vào buồng cháy hỗn hợp với khôngkhí từ bên ngoài qua bình lọc, ống nạp, tạo thành hoà khí và tự cháy, do không khínén có nhiệt độ cao Hoà khí cháy giãn nở tác dụng vào piston, qua thanh truyền,làm quay trục khuỷu sinh công Khí cháy sau khi đã làm việc, được đi ra khỏi xylanh bằng ống xả và ống tiêu âm như hệ thống nhiên liệu của động cơ xăng Nhiênliệu rò qua khe hở thân kim phun của vòi phun và các tổ bơm theo ống nhiên liệuhồi 7, 12, 13 trở về thùng chứa.

3.3 Đặc điểm hình hành hoà khí trong động cơ diesel

3.3.1 Đặc điểm

Có hai đặc điểm sau:

- Hoà khí được hình thành bên trong xylanh động cơ với thời gian rất ngắn;tính theo góc quay trục khuỷu, chỉ bằng 1/10 đến 1/20 so với trường hợp của máyxăng; ngoài ra nhiên liệu diesel lại khó bay hơi hơn xăng nên phải được phun thậttơi và hoà trộn đều trong không gian buồng cháy Vì vậy phải tạo điều kiện để nhiênliệu được sấy nóng, bay hơi nhanh và hoà trộn đều với không khí trong buồng cháynhằm tạo ra hoà khí, mặt khác phải đảm bảo cho nhiệt độ không khí trong buồngcháy tại thời gian phun nhiên liệu đủ lớn để hoà khí có thể tự bốc cháy

- Quá trình hình thành hoà khí và quá trình bốc cháy nhiên liệu của động cơdiesel chồng chéo lên nhau Sau khi phun nhiên liệu, trong buồng cháy diễn ra mộtloạt thay đổi lý hoá của nhiên liệu, sau đó phần nhiên liệu phun vào trước đã tạo rahoà khí, tự bốc cháy, trong khi nhiên liệu vẫn được phun tiếp, cung cấp cho xylanhcủa động cơ Như vậy sau khi đã cháy một phần, hoà khí vẫn tiếp tục được hìnhthành, và thành phần hoà khí thay đổi liên tục trong không gian của quá trình

3.3.2 Những đặc trưng của động cơ diesel

Do thời gian hình thành hoà khí bên trong ngắn, làm cho chất lượng hoà trộnrất khó đạt tới mức độ đồng đều, vì vậy động cơ có những đặc trưng sau:

- Trong quá trình nén, bên trong xylanh chỉ là không khí, do đó có thể tăng tỷ

số nén ε , qua đó làm tăng hiệu suất động cơ, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi làmtăng nhiệt độ môi chất giúp hoà khí dễ tự bốc cháy

- Đường nạp chỉ có không khí nén nên không cần để ý đến vấn đề sấy nóng,bay hơi của nhiên liệu trên đường nạp như máy xăng Có thể dùng đường nạp cókích thước lớn ít gây cản và không cần sấy nóng với cấu tạo đơn giản

- Có thể dùng hoà khí rất nhạt trong buồng cháy (do tính hoà trộn không đềucủa hoà khí) nên có thể sử dụng cách điều chỉnh chất (tức chỉ điều chỉnh lượngnhiên liệu cấp cho chu trình mà không điều chỉnh lượng không khí) khi cần thay đổitải của động cơ

13

- Động cơ diezen có một mặt bất lợi (do tính chất hoà trộn không đều tạo ra )

là bị hạn chế khả năng giảm α ( tức là không thể sử dụng hết không khí thừa trongbuồng cháy để đốt thêm nhiên liệu ) và khả năng nâng cao tốc độ động cơ ( do tốc

độ cháy của hoà khí không đều chậm hơn )

Những hạn chế trên đã làm cho công suất lít (công suất đơn vị) của động cơdiesel nhỏ hơn so với động cơ xăng

Các hệ thống nhiên liệu diesel thường khác nhau ở cấu tạo của bơm cao áp,vòi phun Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu một số dạng cấu tạo của chúng

3.4 Đặc điểm kết cấu các bộ phận chính của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

3.4.1 Cấu tạo của bơm cao áp

a Cấu tạo bơm cao áp thẳng hàng

Hình 3-2 Bơm cao áp thẳng hàng

1- Bulông xả khí; 2- Vít hãm; 3- Đầu nối ống nhiên liệu đến vòi phun; Đầu nối ống nhiên liệu vào bơm; 5- Vỏ bộ hạn chế nhiên liệu; 6- Khớp nối của trục cam; 7- Đĩa chắn dầu; 8- Trục bơm; 9- Ổ bi; 10- Vỏ bộ điều tốc; 11- Lò xo van cao áp; 12- Van cao áp; 13- Xilanh bơm cao áp; 14- Lỗ xả; 15- Piston bơm cao áp; 16- Vít; 17- Ống xoay; 18- Đĩa trên; 19- Lò xo bơm cao áp; 20- Đĩa dưới; 21- Bulông điều chỉnh; 22- Con đội; 23- Con lăn; 24- Cam.

4-Nguyên lý hoạt động: Piston đi xuống nhờ lực đẩy lò xo 19, van cao áp 12đóng kín, nhờ độ chân không được tạo ra trong không gian phía trên piston, khi

mở các lỗ A, B nhiên liệu được nạp đầy vào không gian này cho tới khi piston nằm

ở vị trí thấp nhất

14

Piston đi lên nhờ cam 24, lúc đầu nhiên liệu bị đẩy qua các lỗ A, B ra ngoài; khiđỉnh piston che kín hai lỗ A, B thì nhiên liệu ở không gian ở phía trên piston 15 tăng

áp suất, đẩy mở van cao áp 12, nhiên liệu đi vào đường cao áp tới vòi phun Quátrình cấp nhiên liệu được tiếp diễn tới khi rãnh nghiêng trên đầu piston mở lỗ xả Bthời điểm kết thúc cấp nhiên liệu, từ lúc ấy nhiên liệu từ không gian phía trên pistonqua rãnh dọc thoát qua lỗ B ra ngoài khiến áp suất trong xilanh giảm đột ngột, vancao áp được đóng lại Hình 3-2 giới thiệu kết cấu của bơm cao áp thẳng hàng

Loại bơm này được sử dụng rất rộng rãi vì chế tạo đơn giản, sử dụng tin cậy,việc phân phối và điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình cũng rất đơngiản

Tuy nhiên có nhược điểm sau: Kích thước và khối lượng lớn, có nhiều cặpchi tiết chính xác, khó chế tạo Trong sử dụng phải thường xuyên kiểm tra độ khôngđồng đều về nhiên liệu cung cấp cho chu trình của các tổ bơm

b Cấu tạo bơm cao áp phân phối

Nguyên lý hoạt động: Dẫn động xoay piston 20 được trục bơm 6 dẫn động,

còn dẫn động định tiến do vành cam 3 trên trục bơm 6 dẫn động Trên sườn piston

có các lỗ thoát B, khi piston xoay lỗ thoát này sẽ lần lượt ăn thông với các lỗ khoanchéo A trên đầu bơm Trong hành trình công tác nhiên liệu nén và phân phối lầnlượt qua các lỗ khoan chéo A, khi đó áp suất nhiên liệu nén đi qua van cao áp 21 rồi

đi đến vòi phun nhiên liệu của xylanh tương ứng Trên bơm còn có bơm chuyểnnhiên liệu kiểu phiến gạt được nâng lên một áp suất ổn định, quả văng 10 thông quaquan hệ tay đòn, quả văng tác động vào bạc xả 1 qua đó làm thay đổi thời điểm mở

lỗ xả và thực hiện việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp theo chế độ làm việccủa động cơ

Bơm phân phối khắc phục được nhược điểm của bơm cao áp thẳng hàng, nóchỉ có một cặp pittông và xilanh đảm bảo cung cấp cho tất cả các xilanh của độngcơ

Bơm phân phối so với bơm dãy cấu tạo đơn giản, số chi tiết, khối lượng vàkích thước bơm nhỏ hơn (khoảng 1/2 bơm cụm), phân phối nhiên liệu cho cácxilanh đồng đều, thời điểm bắt đầu cung cấp vào các xilanh chính xác hơn, mức độmài mòn của bộ đôi pittông và xilanh ít gây ảnh hưởng tới độ đồng đều về lượngnhiên liệu cấp vào các xilanh của động cơ Tuy nhiên cặp bộ đôi pittông và xilanhcủa bơm cao áp làm việc nhiều hơn, mòn nhanh nên yêu cầu rất cao về vật liệu vàcông nghệ chế tạo, cũng như nhiệt luyện

15

Hình 3-3 Bơm cao áp phân phối

1- Bạc xả; 2- Thiết bị điều chỉnh thời gian phun; 3- Vành cam; 4- Con lăn; 5- Đĩa truyền động; 6- Trục vào; 7- Bánh răng bơm chuyển; 8- Trục bộ điều tốc; 9- Bánh răng bộ điều tốc; 10- Quả văn ; 11- Đòn điều chỉnh; 12- Lò xo điều tốc; 13- Màng chân không; 14- Ống nối đường nạp; 15- Lò xo màng điều chỉnh chân không; 16- Đường ống hồi dầu; 17- Vít điều chỉnh; 18- Đòn áp lực; 19- Van điện từ

; 20- Piston; 21- Van cao áp; 22- Đầu nối với vòi phun

3.4.2 Các dạng cấu tạo vòi phun trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

Vòi phun thường được lắp trên nắp hoặc trên sườn (trường hợp động cơ pistonđối đỉnh) xi lanh động cơ Công dụng chính của vòi phun là phun tơi và phân bố đềunhiên liệu vào thể tích buồng cháy của động cơ

Trên động cơ Diesel sử dụng hai loại vòi phun là: Vòi phun hở và vòi phunkín Vòi phun kín tức là loại vòi phun có van ngăn cách không gian trong vòi phunvới không gian trong buồng cháy động cơ

Vòi phun kín được chia làm 4 loại:

+ Vòi phun kín tiêu chuẩn

+ Vòi phun kín loại van

+ Vòi phun kín có chốt trên kim phun

+ Vòi phun kín loại van lỗ phun

16

Hình 3-4 Cấu tạo vòi phun

a)- Vòi phun hở; b)-Vòi phun kín tiêu chuẩn; c)- Vòi phun kín loại van lỗ phun; d)- Có chốt trên đầu kim; e)- Phần đầu của vòi phun có chốt trên kim; 1- Thân; 2, 7- Ê cu tròng; 3- Miệng phun; 4- Lỗ phun; 5- Đế kim; 6, 22- Kim; 8- Chốt; 9- Đũa đẩy;10- Đĩa lò xo; 11- Lò xo; 12- Cốc.

Vòi phun hở: Là loại vòi phun không có van ngăn cách không gian trong vòiphun với không gian trong buồng cháy động cơ do đó có các nhược điểm sau:

- Trong khoảng thời gian giữa các lần phun, một phần nhiên liệu trong vòiphun bị chèn ép nhỏ giọt vào xy lanh, đồng thời khí thể trong xy lanh cũng đi vàochiếm đầy không gian bị chèn ép đó

- Thời gian đầu và thời gian cuối của quá trình phun, chất lượng phun rấtkém vì lúc ấy áp suất nhiên liệu trong vòi phun rất thấp

- Sau mỗi lần phun vẫn còn nhiên liệu tiếp tục nhỏ giọt qua lỗ phun gây kếtcốc đầu vòi phun

- Do không có van ngăn khí thể từ xy lanh vào đường nhiên liệu cao áp nênnhiều khi phần khí thể ấy sẽ gây trở ngại cho quá trình cấp nhiên liệu vào xy lanhđộng cơ

Khắc phục được nhược điểm trên, nên vòi phun kín làm cho chất lượng phunnhiên liệu tốt, tăng chỉ tiêu công suất và hiệu suất của động cơ đồng thời làm giảmhiện tượng kết muội than trên vòi phun và xy lanh động cơ

Nguyên lý hoạt động vòi phun kín: Nhiên liệu cao áp được bơm cao áp đưaqua lưới lọc 17, qua các đường 19 trong thân kim phun tới không gian bên trên mặtcôn tựa của van kim Lực do áp suất nhiên liệu cao áp tạo ra tác dụng lên diện tích

17

hình vành khăn của van kim chống lại lực ép của lò xo Khi lực của áp suất nhiênliệu lớn hơn lực ép của lò xo thì van kim bị đẩy bật lên mở đường thông cho nhiênliệu tới lỗ phun Áp suất nhiên liệu làm cho van kim bắt đầu mở được gọi là áp suấtbắt đầu phun nhiên liệu.

3.5 Nhược điểm của hệ thống nhiên liệu diesel cổ điển

Nhược điểm của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel cổ điển đó là các bộphận, cụm chi tiết của hệ thống được dẫn động bằng cơ khí nên có độ trễ nhất định

vì vậy làm việc không thích hợp với sự thay đổi tải của động cơ Làm thải khói đenkhá lớn khi tăng tốc, tiêu hao nhiên liệu còn cao và tiếng ồn lớn…

3.5.1 Đặc tính tốc độ của bơm cao áp

Tại một vị trí của thanh răng bơm cao áp, biến thiên lượng nhiên liệu cấp chochu trình gct (lượng nhiên liệu của một hành trình bơm) theo tốc độ trục khuỷu n củabơm Bosch được gọi là đặc tính cung cấp của bơm Hành trình có ích ha của bơmcao áp được xác định theo kích thước hình học của piston và xylanh bơm

Trên thực tế nhiên liệu đi qua lỗ thoát, do có tổn thất lưu động nên thời gianđầu của quá trình cung cấp, áp suất nhiên liệu bên trong xylanh sẽ tăng lên sớm hơn

so với thời điểm đóng kín lỗ thoát theo kích thước hình học Tương tự như trên thờiđiểm kết thúc cấp nhiên liệu thực tế không xảy ra cùng thời điểm mở lỗ thông do gờrãnh nghiêng phía dưới thực hiện mà thường muộn hơn

200 160 120 80 40

A B C gct

n (vg/ph)

Hình 3-5 Đặc tính tốc độ bơm Bosch

Vì vậy hành trình cấp nhiên liệu thực tế thường lớn hơn so với hành trình cóích lý thuyết làm cho lượng nhiên liệu thực tế cấp cho chu trình thường lớn hơn giátrị định lượng lý thuyết Hiệu ứng kể trên càng lớn nếu tốc độ động cơ càng cao.Các đặc tính A, B, C của bơm Bosch (hình 3-5) tương ứng với ba vị trí khác nhau

18

của thanh răng bơm cao áp, biến thiên của ba đặc tính ấy có xu hướng tương tự, tức

là càng tăng tốc độ n (khi giữ không đổi vị trí thanh răng) càng làm tăng lượngnhiên liệu chu trình gct

0.8 0.6 0.4 0.2 0

n (vg/ph)

nmin

Hình 3-6 Ảnh hưởng của tốc độ động cơ tới hệ số nạp v Đặc tính cung cấp của bơm cao áp (bơm Bosch) trái ngược với đặc tính vềthay đổi hệ số nạp vcủa động cơ khi tăng tốc độ n (càng tăng n hệ số nạp vcànggiảm) Tốc độ gây ảnh hưởng lớn nhất tới v Khi tăng n sẽ làm tăng tốc độ môichất đi qua xupap nạp cũng như xupap xả, làm giảm pa và làm tăng pr, mặt kháccũng làm giảm T (do giảm thời gian tiếp xúc), kết quả làm giảm v

Vì vậy nếu điều chỉnh sao cho thành phần hoà khí thích hợp ở tốc độ cao thìkhi giảm tốc độ n, do nhiên liệu chu trình gct giảm và không khí nạp lại tăng khiếnhoà khí bị nhạt đi làm giảm mô men của động cơ Ngược lại nếu điều chỉnh thíchhợp ở số vòng quay thấp thì khi tăng tốc độ sẽ làm cho hoà khí quá đậm gây cháykhông hết ( xuất hiện nhiều muội than do thiếu ôxy) Chính vì vậy trong hệ thốngnhiên liệu lắp bơm Bosch thường có thêm cơ cấu hiệu chỉnh đặc tính cung cấp củabơm, nhưng cũng không thể khắc phục hết nhược điểm này

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

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

Dựa vào ý tưởng của bơm phân phối sử dụng kim phun điện, các cải tiến đãđược thực hiện theo hướng đưa vào giai đoạn phun kết thúc Trong hệ thống cũ,việc tạo ra áp suất và cung cấp lượng nhiên liệu diễn ra song song với nhau bởi cam

19

Chế độ ít tải

Chế độ đầy tải

v

và piston bơm cao áp Điều này tạo ra các tác động xấu đến đường đặc tính phunnhư sau:

- Áp suất phun tăng đồng thời với tốc độ và lượng nhiên liệu được phun

- Suốt quá trình phun, áp suất phun tăng lên và lại giảm xuống theo áp lựcđóng của ty kim ở cuối quá trình phun

Hình 3-7 Đặc tính phun nhiên liệu thường

- Áp suất phun tăng đồng thời với tốc độ và lượng nhiên liệu được phun

- Suốt quá trình phun, áp suất phun tăng lên và lại giảm xuống theo áp lựcđóng của ti kim phun ở cuối quá trình phun

Hậu quả là:

- Khi phun với lượng nhiên liệu ít thì áp suất phun cũng nhỏ và ngược lại

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

Để quá trình cháy hiệu quả, đường cong mức độ phun nhiên liệu thực tế códạng tam giác

Áp suất đỉnh quyết định tải trọng đặt lên các thành phần của bơm và các thiết

bị dẫn động Ở hệ thống nhiên liệu cũ, nó còn ảnh hưởng đến tỉ lệ hỗn hợp khí vànhiên liệu trong buồng cháy

Để giải quyết các nhược điểm nêu trên các nhà động cơ Diesel đã đề ra nhiềubiện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm giới hạn cácchất ô nhiễm Các biện pháp chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề:

-Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiênliệu không khí

-Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp

-Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trìnhphun để làm giảm HC

-Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả ( EGR: Exhaust Gas Recirculation)

20

Hiện nay, các nhược điểm của hệ thống nhiên liệu Diesel đã được khắc phụcbằng cải tiến các bộ phận như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suấtcao, các ứng dụng điều khiển tự động nhờ sự phát triển của công nghệ Đó là hệthống nhiên liệu Common Rail Diesel.

3.6 Giới thiệu hệ thống Common Rail Diesel

Hình 3-8 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu Common rail

1 Thùng nhiên liệu; 2 Bơm cao áp Common rail; 3 Lọc nhiên liệu; 4 Đường cấp nhiên liệu cao áp; 5 Đường nối cảm biến áp suất đến ECU ; 6 Cảm biến áp suất; 7 Common Rail tích trữ &điều áp nhiên liệu (hay còn gọi ắcquy thuỷ lực) ; 8 Van an toàn (giới hạn áp suất); 9 Vòi phun; 10 Các cảm biến nối đến ECU và Bộ điều khiển thiết bị (EDU); 11.Đường về nhiên liệu (thấp áp) ; EDU: (Electronic Driver Unit) và ECU : (Electronic Control Unit).

Trong động cơ Diesel hiện đại, áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòiphun một cách riêng lẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong hộp chứa (Rail) haycòn gọi là “Ắcquy thủy lực”và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu Lợiích của vòi phun Common Rail là làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu được phun

ra ở áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, kiểm soát lượng phun, thời điểmphun Do đó làm hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn

21

So với hệ thống cũ dẫn động bằng cam, hệ thống Common Rail khá linh hoạttrong việc đáp ứng thích nghi để điều khiển phun nhiên liệu cho động cơ diesel như:

- Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch, khách,tải nhẹ, tải nặng, xe lửa

và tàu thủy)

- Áp suất phun đạt đến 1800 bar

- Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động của động cơ

- Có thể thay đổi thời điểm phun

4 Thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV

Với những phân tích nêu trên ta thấy rằng ngày nay để sản xuất những động cơlắp trên những xe ô tô hiện đại thì động cơ diesel kiểu cũ không đáp ứng được yêu cầu

do những nhược điểm sau : thải khói đen nhiều khi khởi động và tăng tải, gây tiếng ồnlớn, tiêu hao nhiên liệu lớn Làm giảm tính kinh tế khi sử dụng, gây ảnh hưởng đến sứckhỏe của con người và môi trường Động cơ 2KD-FTV được lắp trên xe Toyota Hiace,

là loại xe 16 chỗ dùng cho cơ quan và vận tải hành khách…Vì vậy yêu cầu phải êmdịu, tiêu hao nhiên liệu ít, và giảm được lượng khí thải đáng kể, do đó ta chọn hệ thốngnhiên liệu common rail cho động cơ 2KD-FTV So với động cơ xăng cùng công suấtthì động cơ loại này có ưu điểm hơn là tính kinh tế lớn hơn, cấu tạo lại đơn giản hơn

22

b Các thông số chọn của động cơ

Bảng 4-2 Các thông số chọn của động cơ

Hệ số dư lượng không khí α 1,75

Áp suất cuối quá trình nạp Pa 0,144 MN/m2

Chỉ số giản nở đoạn nhiệt m 1,45

Hệ số lợi dụng nhiệt tại z z 0,85

Hệ số lợi dụng nhiệt tại b b 0,9

r t a

r r

k

p p p

p T

T T

1 2

1

2

.

1

144 , 0

13 , 0 85 , 0 1 , 1 03 , 1 5 , 18

1

144 , 0

13 , 0 800

26 298 85 , 0

a

r 2 t 1 k a k

k

p

p

p

p T T

T 1

144 0 13 , 0 85 , 0 1 , 1 03 , 1 5 , 18 15 , 0 144 , 0 ) 26 298 (

298

) 1 5 , 18 ( 1

v = 0,917

23

- Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta.

Ta =

r

m 1 m

r

a r r t k

1

p

p T T T

13 , 0 144 , 0 800 017 , 0 1 , 1 26

1 45 , 1

O 4

H 12

C 21 , 0

1

(4-4)Trong đó:

C, H, O : Thành phần trong 1Kg nhiên liệu

126 , 0 12

87 , 0 21 , 0

v v



(4-6)



1,634 19,867  = 19,867 1,6341,75 = 20,801b”v = 427 , 38 184,36 10  5

36 , 184 38 ,

, 1 867

, 19

82 , 333

2 005 ,

0 801

, 20

C m

= 21,69 [kJ/kmol.0K]

- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp cháy m C ' v[kJ/kmol.0K]

a v

v r

v r

0 1

081 ,

20

017 ,

0 806

, 19 1

"

'

v v

a a

0 1

005 ,

0 015 ,

0 00419

, 0 1

"

'

v v

b b

004 , 0 823 , 19

C

- Chỉ số nén đa biến trung bình n1

Tính gần đúng từ phương trình nén đa biến:

 1

T 2

' b ' a

314 , 8 1

n

1 n a

v v

004 , 0 820 , 19

314 , 8 1

1 368 , 1 1

1 368 , 1

5 , 18 82 ,

368 , 1

5 , 18 144 , 0

897 , 0

017 , 0 037 , 1 1

0

1

1 1

85 , 0 017 , 0 1

1 037 , 1 1

85 , 0





b

z z

x





- Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn

Với động cơ Diesel a > 1 thì QH = 0

- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z

z vz

r z

2

z 1

v 0

r z

2 v

vz

x1.Mx

.M

x1M.'ax

M

 

 z

1 0

r z

2

z 1

v 0

r z

2 vz vz

x1.Mx

.M

x1.M.'bx

.M

1997

2 005 ,

0 092

21

C

26,442 [KJ/KmoloK]

- Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz

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

r 1

Trong đó:

A =

2

005 , 0 034 , 1 2

''



vz z

H

2

'b'a1

.M

Q

927 , 1997 4 , 1

034 , 1 



c

z z

1 n

248 , 12

927 , 1997

- Kiểm nghiệm lại trị số n2

Trị số n2 được kiểm nghiệm lại theo phương trình:

    vz vz  z b

b z

r 1

H z

b

2

T T

2

"

b

"

a T

T 1

M

Q

314 , 8 1

- Áp suất cuối quá trình giãn nở pb [MN/m2]

263 , 1

248,12

914,10

2 

 n z

b

p p

- Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót

m 1 m

b

r b rtênh p

p T T

461 , 0 13 , 0 759 , 1033

800 890 ,

T

T T

= 14,6% < 15%

* Các thông số chỉ thị.

- Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết p’i [MN/m2]

Đối với động cơ Diesel:

c

111n

11

11n

.1 1

p'p

k v H

k i 1

T p M 314 , 8



15 , 0 917 , 0 42530

298 213 , 1 866 , 0 314 , 8

3600 8 , 93 30

.



n S

144 , 0 13 , 0 256 , 11 012 , 0 09 ,

001 , 1





i

e m

519 , 190





m

i e

g g

- Hiệu suất có ích của động cơ (%)

444 , 0 826 , 0 

p

.30.NV

624 , 0 4 1000

4

04 , 92

- Xác định các điểm trên đường nén với chỉ số đa biến n1.

Phương trình đường nén p V n 1 const

 , do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trênđường nén thì

1

nx nx

n c

V V p p

i

p

p 

n1- là chỉ số nén đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt

- Xây đựng đường cong áp suất trên đường giãn nở.

Phương trình của đường giãn nở đa biến p V n 2 const

 , do đó nếu gọi x làđiểm bất kỳ trên đường giãn nở thì:

2

gnx gnx

n z

V V p

n z gnx

i

p

n2- là chỉ số giãn nở đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt

- Lập bảng xác định đường nén và đường giãn nở

Bảng 4-3 Đường nén và đường giãn nở

in1 1/in1 Pc/in1 in2 1/in2 (Pz*(ρn2))/(in2)0.0356 1.0000 1.0000 1.0000 7.7957

92 14 , 3 4

.

6

2 2



0356 , 0 1 5 , 18

6235 , 0

V

h c

31

6.00 60.00 15.72 44.717.00 70.00 12.73 36.808.00 80.00 10.60 31.099.00 90.00 9.02 26.7910.00 100.00 7.81 23.4511.00 110.00 6.86 20.7912.00 120.00 6.09 18.6313.00 130.00 5.46 16.8414.00 140.00 4.93 15.3315.00 150.00 4.49 14.0516.00 160.00 4.11 12.9517.00 170.00 3.78 12.0018.00 180.00 3.50 11.1618.50 185.00 3.37 10.78

Sau khi xác định được các điểm trung gian và các điểm đặc biệt, ta tiến hành

vẽ đồ thị công như sau:

-Vẽ hệ trục tọa độ P - V với tỷ lệ xích:

μV = 0,00356 [lít/mm]

μp = 0,04276 [MN/(m2.mm)]

μs = 0,536Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặtbiệt ta được đồ thị công lý thuyết

Dùng đồ thị Brich xác định các điểm

+Phun sớm (c’)

+Mở sớm xupap nạp (r’), đóng muộn xupap nạp (a’)

+Mở sớm xupap thải (b’), đóng muộn xupap thải (r”)

- Hiệu chỉnh đồ thị công.

Xác định các điểm trung gian:

+ Trên đoạn cy lấy điểm c” với c”c = 1/3cy

+ Trên đoạn yz lấy điểm z” với yz” = 1/2yz

+Trên đoạn ba lấy điểm b” với bb” =1/2ba

Nối các điểm c’c”z” và đường giãn nở thành đường cong liên tục tại ĐCT vàĐCD và tiếp xúc với đường thải Ta sẽ nhận được đồ thị công đã hiệu chỉnh

32

0 0,6

a

b r

7 8 9 10 11

12 13 14

15 16 17

Hình 4-1 Đồ thị công

4.1.2 Xác định các thông số cơ bản của bơm cao áp

a Thể tích nhiên liệu cung cấp cho một chu trình.





nl

e e ct

i n

N g V



 120

.

nl = 0,875 [kg/dm3

] là khối lương riêng của nhiên liệu diesel

33

b Đường kính piston bơm cao áp

Số chu trình của động cơ trong một phút là n 2n

2

4



Số chu trình của bơm trong một phút là n n

2

2

=> Vb =2.Vct

=> dPT =

Pt C

CT

S

V K

.

2

769 , 45 2 4 , 1

4



Chọn dPT = 7,5 [mm]

4.1.3 Xác định các thông số cơ bản của vòi phun

Những thông số cơ bản của vòi phun phải đảm bảo tốc độ cấp nhiên liệuthích hợp và áp suất cần thiết

a Tốc độ lý thuyết cực đại của tia nhiên liệu phun ra từ vòi phun

nl c

p p g W





4 ' ' 2 (  ) 10

t la thơi gian phun nhiên liệu, t= 0.001s

c Tiết diện lưu thông của các lỗ phun

4.2 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ

Bơm cao áp 3 có nhiệm vụ tạo ra nhiên liệu có áp suất cao cho quá trìnhphun Bơm này được lắp đặt trên một ngăn của hệ thống Thường thì giống như vịtrí đặt bơm phân phối trước đây (của các động cơ cổ truyền) Nhiên liệu sau khi rakhỏi bơm cao áp được vận chuyển vào bộ phận tích luỹ cao áp

Ống Rail 5 này là bộ phận tích luỹ cao áp và luôn được cấp nhiên liệu đểphục vụ cho việc phun nhiên liệu Nhiên liệu trong ống luôn có áp suất 160MPa đểphun vào xylanh vào đúng thời điểm Một số thành phần của hệ thống CommonRail được đặt trực tiếp trên ống này, như cảm biến áp suất, van điều áp

Vòi phun 7 có chức năng phun nhiên liệu vào xylanh động cơ ECU quyếtđịnh lượng nhiên liệu được phun, thời điểm phun và điều khiển nam châm điệntrong vòi phun, thông qua bộ EDU Nam châm điện này mở vòi phun và nhiên liệuđược phun vào buồng cháy động cơ khi áp suất tồn tại trong ống tích luỹ cao áp

Common Rail là một hệ thống phun được điều khiển bằng ECU ECU điềukhiển và giám sát quá trình phun bằng những giá trị cần thiết được mặc định sẵncho quá trình phun nhiên liệu

35

6

1011

1

NeGkhác Cảm biế n

13

Hình 4-2 Sơ đồ hệ thống nhiín liệu cho động cơ 2KD-FTV

4.3 Đặc tính vă chức năng của hệ thống

Hệ thống nhiín liệu Common Rail có những đặc tính sau:

- Âp suất nhiín liệu, lượng phun, vă thời điểm phun được điều khiển bằngđiện tử vì vậy điều khiển tốc độ động cơ đạt độ chính xâc cao

- Âp suất nhiín liệu cao cho nín việc hoă trộn nhiín liệu – hoă khí trongbuồng chây tốt hơn

- Tích trữ nhiín liệu âp suất cao, nhiín liệu được phun văo âp suất cao ở mõidêi tốc độ động cơ

Với những đặc tính như trín thì động cơ common rail có tính hiệu năng, tínhkinh tế nhiín liệu tăng cao, tiếng ồn nhỏ ít rung động vă khí thải sạch

Động cơ ô tô với hệ thống nhiín liệu Common Rail có câc chức năng sau:

- Chức năng chính :Chức năng chính lă việc điều khiển việc phun nhiín liệu

đúng thời điểm, đúng lưu lượng, đúng âp suất, đảm bảo cho động cơ diesel không chỉhoạt động ím dịu mă còn tiết kiệm nhiín liệu

36

1- Thùng nhiín liệu ; 2- Lọc nhiín liệu ; 3- Bơm cao âp HP3 ;

4- Cảm biến âp suất nối với ECU ; 5- Common Rail tích trữ

điều âp ; 6- Đường nhiín liệu cao âp ; 7- Vòi phun ;

8-Đường dầu hồi ; 9- Van an toăn âp suất ; 10- EDU ; 11- ECU

;12- Câc cảm biến ; 13- Van SVC

- Chức năng phụ:Chức năng phụ của hệ thống là điều khiển vòng kín và vòng

hở, không những giảm độ độc hại của khí thải và lượng nhiên liệu tiêu thụ mà còn làmtăng tính an toàn, sự thoải mái và tiện nghi Ví dụ như hệ thống luân hồi khí thải (EGR-exhaust gas recircalation), điều khiển turbo tăng áp, điều khiển ga tự động và thiết bịchống trộm

4.4 Ưu điểm của hệ thống nhiên liệu này

- Độ tin cậy cao

- Giảm thải ô nhiễm do khí xả (áp suất phun của Common Rail rất cao nênlàm cải thiện được quá trình cháy mà thực tế làm giảm bớt lượng phát thải khói đen

Xa hơn nữa, nó làm giảm lượng phát thải ô nhiễm là nhờ giai đoạn phun sơ khởi vàphun hỗn hợp)

- Tính kinh tế nhiên liệu (Common Rail có hệ thống phun được điều khiểnbằng điện tử)

- Công suất tăng (Với Common Rail, áp suất phun có thể cho nhiều bộ phậnđược chọn lựa tự do và độc lập với tình trạng làm việc của động cơ Ý nghĩa nàymoment động cơ có thể được gia tăng trong vùng tốc độ thấp, một thực tế là nó thực

hiện đóng góp chính làm gia tăng tính linh hoạt của ô tô dùng động cơ diesel).

- Giảm tiếng ồn động cơ (Hoạt động ở áp suất cao và quá trình phun đượcriêng lẻ của mỗi vòi phun trong hệ thống Common Rail Việc cho phép phun sơkhởi và phun hỗn hợp này mà cả hai làm giảm đáng kể tiếng ồn động cơ)

- Sự hợp nhất các khái niệm động cơ đang còn sử dụng (Common Rail đượcthiết kế như thế có thể sử dụng cho các động cơ diesel đang tồn tại mà không cầnthay đổi lớn khi muốn lắp đặt hệ thống Common Rail cho động cơ diesel khác)

4.5 Kết cấu hệ thống nhiên liệu common rail cho động cơ 2KD-FTV

Kết cấu hệ thống nhiên liệu Common Rail chia thành hai vùng : Vùng ápsuất thấp và vùng áp suất cao

4.5.1 Vùng áp suất thấp

Vùng áp suất thấp có nhiệm vụ đưa nhiên liệu lên vòng cao áp, bao gồm các

bộ phận :

+ Thùng chứa nhiên liệu

+ Các đường ống nhiên liệu áp suất thấp

+ Lọc nhiên liệu

a Bình chứa nhiên liệu.

Bình chứa nhiên liệu phải làm từ vật liệu chống ăn mòn và giữ cho không bị

rò rỉ ở áp suất gấp đôi áp suất hoạt động bình thường Van an toàn trong bình phải

37

được lắp để khi áp suất quá cao có thể tự thoát ra ngoài Nhiên liệu cũng khôngđược rò rĩ ở cổ nối với bình lọc nhiên liệu hay ở thiết bị bù áp suất khi xe rung xócnhỏ, cũng như khi xe vào đường vòng hoặc dừng hay chạy trên đường dốc Bìnhnhiên liệu và động cơ phải đặt xa nhau để khi tai nạn xảy ra không có nguy cơ cháy nổ.

b 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, như đường ống nhiên liệu từ bình chứa nhiênliệu tới bơm cao áp Tất cả các bộ phận mang nhiên liệu phải được bảo vệ khỏi tácđộng của nhiệt độ

54

310

B

A

Hình 4-3 Bình lọc nhiên liệu

* Nhiệm vụ của bầu lọc tinh :

Bầu lọc tinh lọc tạp chất cơ học có kích thước 0,0020,003 mm ra khỏinhiên liệu (trong khi đó khe hở xy lanh và piston bơm 0,0025mm) nên bầu lọc đảmbảo cho hệ thống làm việc tốt

38

1- Đường ống vào ; 2- Bơm tay ; 3- Công tắc cảnh báo bình lọc ; 4- Đường ra ; 5- Vành đai ốc ; 6- Lõi lọc nhiên liệu ; 7-

Vỏ ; 8- Công tắc cảnh báo mức nước lắng đọng ; 9- Nút xả.

Bình lọc này gồm có vỏ 7 làm bằng nhựa, lõi lọc 6 gồm các phiến lọc làmbằng sợi bông, bao lụa và lưới lọc để lọc tạp chất bẩn trong nhiên liệu, bơm tay 2 đểbơm xả không khí khi bình chứa nhiên liệu bị cạn, thay lọc nhiên liệu hoặc khôngkhí bị lọt vào trong ống dẫn nhiên liệu, công tắc cảnh báo lọc nhiên liệu 3 để cảnhbáo bình lọc nhiên liệu khi có sự cố (như tắc bộ lọc), vành đai ốc 5 dùng để bắt chặtnắp đậy vỏ và lõi lọc với nhau, công tắc cảnh báo mức nước lắng đọng 8 và nút xãnước lắng đọng.

Nhiên liệu từ bình chứa vào bình lọc từ ống 1 đến đường ống 10 nằm phíadưới nắp đậy được nối thông với khoang A nhiên liệu từ khoang A đi qua lõi lọc 6tại đây tạp chất bẩn tách khỏi nhiên liệu và lắng đọng xuống dưới đáy khoang Anhiên liệu lọc sạch đi vào khoang B và đi ra đến bơm cao áp từ đầu nối 4 , nhiênliệu bẩn được xả ra từ nút 9 ra khỏi bình lọc

Hình 4-4 Sơ đồ mạch điện công tắc cảnh báo lọc NLTrong bình lọc nhiên liệu của của hệ thống Common Rail lõi lọc làm sợi

bông Một bộ lọc nhiên liệu 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 liệutrước khi đưa đến bơm cao áp, và do đó ngăn ngừa sự mài mòn nhanh của các chitiết bơm

Nước xâm nhập vào hệ thống nhiên liệu có thể làm hư hỏng hệ thống ở dạng

ăn mòn Vì vậy bình lọc này có gắng công tác cảnh báo nước lắng đọng để báo mứcnước quá giới hạn cho phép của bình lọc, để xả nước ra khỏi bình lọc và bình lọcnày cũng có gắng công tắc cảnh báo lọc nhiên liệu, báo khi bình lọc tắc ngẽn làmcho hệ thống nhiên liệu làm việc ổn định và an toàn, hình 3.4 là sơ đồ làm việc cáccông tắc bộ lọc với ECU

39

4.5.2 Vùng áp suất cao

Vùng áp suất cao của hệ thống nhiên liệu Common Rail có nhiệm vụ tạo ramột áp suất cao không đổi trong đường ống tích luỹ áp suất và phun nhiên liệu vàobuồng cháy động cơ, bao gồm :

- Bơm cao áp với van điều khiển áp suất

- Đường ống nhiên liệu áp suất cao, tức ống phân phối đóng vai trò của bộtích áp suất cao cùng với cảm biến áp suất nhiên liệu, van giới hạn áp suất, kimphun và đường ống dầu về

a Bơm cao áp

Bơm cao áp có nhiệm vụ tạo ra nhiên liệu có áp suất cao cho quá trình phun.Bơm này được lắp đặt trên một ngăn của hệ thống Nhiên liệu sau khi ra khỏi bơmcao áp được vận chuyển vào bộ phận tích luỹ cao áp Các loại bơm cao áp commonrail thường dùng là:

Bơm HP-0

Hình 4-5 Bơm cao áp HP-0

- Bơm có 2 piston, ứng với mỗi piston bơm có 1 van PCV

- Lượng nhiên liệu cung cấp cho ống common rail được điều chỉnh bởisolenoids (PCV van điều khiển lượng phun)

- Áp suất nhiên liệu do bơm tạo ra lên đến 120MPa

- Được sử dụng cho xe tải trọng tải nặng và vừa và các kỹ thuật xây nông nghiệp

dựng Được sản xuất từ năm 1996 cho đến bây giờ

Bơm HP-2

40