Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

Động cơ xăng xe Mercedes V6 sản xuất năm 1996 Động cơ xăng hay động cơ Otto (lấy theo tên của Nikolaus Otto) là một dạng động cơ đốt trong, thông thường được sử dụng cho ô tô, máy bay, các máy móc di động nhỏ như máy xén cỏ hay xe máy cũng như làm động cơ cho các loại thuyền và tàu nhỏ. Nhiên liệu của các động cơ xăng là xăng. Phổ biến nhất của động cơ xăng là động cơ bốn thì. Việc đốt cháy nhiên liệu được diễn ra trong buồng đốt bởi một hệ thống đánh lửa được tắt mở theo chu kỳ. Nơi đánh lửa là bugi có điện áp cao. Động cơ hai thì cũng được sử dụng trong các ứng dụng nhỏ hơn, nhẹ hơn, và rẻ tiền hơn nhưng nó không hiệu quả trong việc sử dụng nhiên liệu. Động cơ Wankel cũng sử dụng xăng làm nhiên liệu. Nó khác với động cơ bốn thì hay động cơ hai thì ở chỗ nó không có pittông mà sử dụng rôto. Một trong những thành phần của các động cơ xăng cũ là bộ chế hòa khí (hay còn gọi là piratơ), nó trộn xăng lẫn với không khí. Trong các động cơ xăng sau này, nó đã được thay bằng việc phun nhiên liệu.

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU

TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL

2.1 Khái quát

2.1.1 Đặc điểm tạo hỗn hợp trong động

cơ diesel

- Hỗn hợp được hình thành bên trong xy lanh động cơ với thời gian rất

ngắn, tính theo góc quay trục khuỷu chỉ bằng 1/10÷ 1/20

- Ngoài ra do nhiên liệu diesel lại khó bay hơi nên yêu cầu phải phun thật tơi và hòa trộn đều trong không gian buồng cháy

- Vì vậy nhiên liệu phải được sấy nóng, bay hơi nhanh và hòa trộn đều với

không khí trong buồng cháy nhằn tạo ra hỗn hợp Mặt khác phải đảm

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

- Sau khi phun nhiên liệu, trong buồng cháy diễn ra một loạt thay đổi về

hóa lý của nhiên liệu, sau đó phần nhiên liệu phun vào trước đã tạo ra

hỗn hợp, tự bốc cháy, trong khi nhiên liệu vẫn tiếp tục được phun vào

- Như vậy sau khi đã cháy một phần, hỗn hợp vẫn tiếp tục được hình

thành và thành phần hỗn hợp khí thay đổi liên tục trong không gian và

suốt thời gian của quá trình

- [∆p/∆ϕ] nhỏ để động cơ làm việc êm

- Quá trình hình thành hỗn hợp và quá trình bốc cháy nhiên liệu của động

cơ diesel chồng chéo nhau

2.1.2 Nhiên vụ và yêu cầu với HTNL

1) Nhiệm vụ

- Đảm bảo cung cấp nhiên liệu cho hệ thống (dự trữ và lọc sạch)

- Đảm bảo cung cấp nhiên liệu cho động cơ:

+) Áp suất cao (nhiên liệu phải được xé nhỏ, phân bố đều trong thể tích xy lanh, tia nhiên liệu phải phù hợp với buồng cháy)+) Đúng thời điểm và theo đúng quy luật thiết kế

+) Lượng nhiên liệu cung cấp cho phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ

+) Đồng đều giữa các xy lanh (động cơ nhiều xy lanh)

- Phun nhiên liệu vào buồng cháy để đảm bảo tạo hỗn hợp tốt nhất ở

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

2) Yêu cầu

- Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao

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

- Dễ chế tạo, giá thành hạ

*) Các vấn đề khác

+) Chú ý đảm bảo áp suất thấp (trước khi vào xylanh bơm cao áp) ổn định

+) Phải có đường nhiên liệu từ vòi phun về thùng chứa (do kim phun

và đế kim phun tạo ra)

+) Xả khí (khí có trong nhiên liệu khi áp suất thay đổi, hở trên đường ống và p < p0), hay thường gọi là xả e

HTNL diesel th«ng

th êng

3) Sơ đồ HTNL động cơ diesel

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

1: thïng nhiªn liÖu, 2: läc, 3: b¬m

chuyÓn nhiªn liÖu, 4: b¬m cao ¸p, 5: ® êng èng cao ¸p, 6: vßi phun, 7: ® êng dÇu håi, 8: van håi dÇu, 9: vÝt x¶ khÝ kh«ng khÝ.

Bao gồm BCA kiểu Bosch và bơm phân phối

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

HTNL tÝch ¸p

(Common Rail).

-Đồng đều giữa các xylanh

-Đúng thời điểm và theo quy luật đã định

2.2.1 Phân loại bơm cao áp:

a) Theo phương pháp điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình:

*) Bơm cao áp không thay đổi hành trình toàn bộ của pittông:

-Bơm cao áp có van xả

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

*) Bơm cao áp thay đổi hành trình toàn bộ của pittông: Thay đổi lượng

nhiên liệu bằng cách thay đổi hành trình pittông

-Dịch chuyển cam có prôphin thay đổi theo chiều trục (Cam côn)

-Thay đổi khe hở giữa pittông bơm cao áp với con đội

-Thay đổi tỷ số truyền của cơ cấu truyền động từ cam nhiên liệu tới con đội bơm cao áp

b) Theo phương pháp phân phối nhiên liệu cho các xylanh của động cơ:

-Bơm nhánh

-Bơm phân phối

c) Theo phương pháp dẫn động pittông bơm cao áp

-Bơm cao áp dẫn động pittông bằng trục cam

-Bơm cao áp dẫn động pittông lò xo

d) Theo phương pháp lắp ghép bơm cao áp và vòi phun

-Bơm cao áp và vòi phun rời nhau

-Bơm cao áp và vòi phun lắp liền

Hiện nay hầu hết sử dụng bơm cao áp không thay đổi toàn bộ

hành trình dịch chuyển của pittông

2.2.2 BCA thay đổi lượng nhiên liệu chu trình bằng van pittông

Cấu tạo của một tổ bơm (hình 2 – trang 129)

Quá trình cung cấp nhiên liệu

Thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình

Điều chỉnh bơm cao áp

Kết cấu bộ đôi pittông BCA

Kết cấu và kích thước của pittông

Bộ đôi bơm cao áp và đế van cao áp

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

1,Cấu tạo của một tổ bơm cao áp

Bơm cao áp đơn

kiểu Bosch

- Nguyên lý làm việc của bơm

- Điều chỉnh l ợng nhiên liệu cung cấp

- Điều chỉnh thời điểm cung cấp

- Điều chỉnh sự đồng đều của

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

2,Quá trình cung cấp nhiên liệu

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

3,Thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình

4,Điều chỉnh BCA

-Thời điểm bắt đầu cung cấp nhiên liệu

-Lượng nhiên liệu cung cấp đủ và đều giữa các xylanh

100

min max

tb

ct ct

V

V

= δ

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

5,Kết cấu bộ đôi pittông và xylanh BCA

Các điều kiện kỹ thuật của bộ đôi

• Độ ô van không quá 0,0005 mm

• Không có vết xước, hằn trong bề mặt ma sát

• Khe hở hướng kính của bộ đôi pittông và xylanh rất nhỏ

• Khi thay thế phải thay cả bộ đôi pittông và xylanh

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

6, Kết cấu và kích thước của pittông

Kích thước của pittông

p

d

h tg

.

π

β = βh:Bước xoắn:Góc nghiêm của gờ xoắn

dp:Đường kính pittông

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

7, Bộ đôi van cao áp và đế van cao áp:

Là bộ đôi chính xác thứ 2 của BCA

+) Nhiệm vụ:

+) Kết cấu

Bản vẽ bộ đôi và chi tiết của van cao áp

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

Các thông số của van cao áp

Tiết diện lưu thông qua mặt côn (mặt làm viêc) của van

2

sin ).

sin (

π v v v

hv: hành trình nâng có ích của van

dv: Đường kính nhỏ của mặt côn

ϕ: Góc mặt côn (mặt làm việc)

Có thể lựa chọn: fv = ( 1 , 5 ÷ 2 , 5 ) fd

dd: Đường kính pittông BCA

6 5

,

4 ÷

= p d

d d

fd: tiết diện lưu thông của đường ống cao áp

Các thông số của van cao áp

Van cao áp có vành giảm áp, thể tích nhiên liệu do vành giảm áp hút của đường ống cao áp:

∆ph: Áp suất đường ống cao áp bị giảm

αn: Hệ số chịu nén của nhiên liệu

VΣ: Thể tích nhiên liệu tròn đường ống cao áp và trong ống dẫn của vòi phunHành trình toàn bộ của van cao áp

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

8, Cam nhiên liệu:

Dạng cạm lồi

Để đặc trưng các dạng cam, người ta đưa ra hệ số tốc độ C0, đó chính là tốc

độ chuyển động của pittông khi nc = 1000 v/ph,

do vậy tốc độ chuyển động của pittông được tính:

Cp = 0,001 C0.nc

Đối với động cơ không cường hóa Cp = 0,7÷ 2 m/s, động cơ cường hóa Cp =

3÷ 3,2 m/s

Quyết định quy luật cung cấp nhiên liệu; cam nhiên liệu thường được

dùng loại cam mở rộng cung đỉnh, loại ấy thường là cam lồi, hoặc tiếp

tuyến và thường đối xứng vì thế có thể đổi ngược chiều quay

8, Cam nhiên liệu:

Cam tiếp tuyến mở rộng cung đỉnh

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

8, Cam nhiên liệu:

Dạng cam có quy luật phun bậc thang, nghĩa là ban đầu cung cấp ít nhiên liệu và sau đó tăng dần, loại này thường được dùng cho cácc loại động

cơ đặc biệt

Tuy nhiên do hv = f(ϕc) và C0 = f(ϕc) rất phức tạp nên ít dùng

9, Tính và thiết kế BCA:

Cần xác định: - Xác định dp

- Hành trình pittông bơm cao áp

ở chế độ định mức

Biết các thông số của động cơ ở chế độ định mức:

e e

τ . 60 . .

2

)

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

nl

e

e ct

i n

N

g V

ρ

τ

120

V i n

e ct

V p

g V

ρ

3000

.

.

=

Có thể tính Vct theo các thông số đặc trưng cho chu trình công tác của

động cơ, nếu thay ge bằng công thức:

k e

v

k e

T p M

p g

.

.

10

nl k

v h

k ct

T M

V

p V

ρ α

η

.

.

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

c

p p

ϕp = Góc phun thực tế tính theo góc quay trục cam

ϕph = Góc phun hình học tính theo góc quay trục cam

- Khi thiết kế cam phải tính theo góc phun hình học

- Góc phun ϕp từ điều kiện đảm bảo cho động cơ tốn ít nhiên liệu nhất

khi làm việc ở chế độ định mức Thường ϕp = 30÷ 400 góc quay trục

khuỷu

Tính:

Khi chọn ϕp cần biết thời gian phun nhiên liệu thực tế phụ thuộc vào áp suất nhiên liệu và số vòng quay của động cơ và thường lớn hơn thời

gian phun hình học 1,3÷ 1,7 lần (do hiện tượng tiết lưu)

7,13,

- Tốc độ cung cấp nhiên liệu lớn nhất

c p

p C f

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

tbQ K

Qmax =

Từ

Xác định được dp

p c

c p

ct p

C

n

V K

π

6 4

Chú ý: dp: mm

Vct: mm3

Cp: mm/s

nc: v/phSau khi tính dp cần phải chọn dp quy chuẩn theo bảng (II-1)

Kiểm tra hệ số cung cấp ηc, dựa vào đồ thị quan hệ ηv và dp – Hình II-2 SGK144 – được xây dựng bằng thực nghiệm

ct f h

V = η

c p

ct a

f

V h

η

.

=

(mm3)(mm)

ha – Hành trình có ích của pittông ở chế độ định mức

- Phải tăng hành trình có ích lên (30÷ 40)% ha để cung cấp nhiên liệu

cho động cơ làm việc quá tải hoặc dự phòng do bơm bị mòn

- Tăng hành trình có ích lên 2ha – khi động cơ máy kéo khởi động

trong mùa đông

- Tăng một phần hành trình để thực hiện quá trình nạp, xả nhiên liệu; đường kính lỗ nạp, xả (nếu trùng nhau) bằng (25÷ 30)%dp

- h1 – kể từ khi pittông ở vị trí thấp nhất đến pittông che kín lỗ nạp

- h2 – kể từ khi pittông che kín nỗ xả cho đến khi pittông lên tới vị trí

cao nhất

Hành trình toàn bộ của pittông bơm cao áp: hp = (3÷ 4)ha, Từ hành

trình pitông bca, qua vành răng hoặc chốt dẫn động ta tính được hành

Chú ý:

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

10, Bơm cao áp vạn năng:

- Tính vạn năng của BCA đwocj thể hiện ở khả năng sử dụng cùng 1 loại bca vào những động cơ khác nhau (Qnl, …) và sự bố trí bơm cao áp trên

động cơ về thứ tự làm việc

-Bơm cao áp thỏa mãn yêu cầu sau:

2.2.3 Bơm cao áp phân phối

Bộ mụn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khớ động lực – ĐHBK Hà Nội.

1: trục dẫn động bơm, 2: con lăn, 3: đĩa

cam, 4: lò xo, 5: piston, 6: quả ga, 7: cửa

thoát, 8: nhánh phân phối, 9: van một

chiều, 10: đ ờng cao áp đến các vòi

phun, 11: đ ờng nhiên liệu hồi, 12: cửa

nạp, 13: xy lanh, 14: cần điều khiển, 15:

lỗ thoát kết thúc phun, 16: đ ờng nhiên

liệu từ bơm chuyển vào bơm cao áp.

B¬m ph©n

phèi

Bộ mụn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khớ động lực – ĐHBK Hà Nội.

Vòi phun

1: đế kim phun, 2: kim phun, 3: đai ốc, 4: thanh đẩy, 5: thân vòi phun, 6: lò

xo, 7: ống lồng, 8: chốt đỡ lò xo, 9: vít điều chỉnh, 10: nắp che, 11: đệm,

12: ống hồi dầu lọt, 13: đầu lắp với ống cao áp, 14: khoang nhiên liệu, 15: lỗ

phun, 16: chốt kim phun

Vòi phun chốt

Vòi phun kim

Bộ mụn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khớ động lực – ĐHBK Hà Nội.

Bơm cao áp - vòi phun

1

2 3 4

1: đế kim phun, 2: ống kẹp, 3: thân vòi phun (xy lanh), 4: kim phun

(piston), 5: lỗ tiết l u, 6: khoang nhiên liệu, 7: lỗ phun, 8 và 9: đ ờng

dầu làm mát kim phun, a): quá trình nạp nhiên liệu vào khoang 6, b):

quá trình phun

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

Bộ mụn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khớ động lực – ĐHBK Hà Nội.

5.2.3 Hệ thống nhiên liệu tích áp

5.2.3.1 Sơ đồ và nguyên lý làm việc

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

5.2.3.2 B¬m cao

¸p

5.2.3.3 Vßi phun

a Vßi phun ®iÖn tõ

Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực – ĐHBK Hà Nội.

b Vßi phun th¹ch

anh

5.3 Các ph ơng pháp hình thành khí hỗn hợp trong

động cơ diesel