Nghiên cứu khai thác hệ thống nhiên liệu trang bị trên động cơ 1KD FTV 3 0 ô tô toyota hil

Hiện nay các nhà khoa học đã tìm ranhiều cách để chế tạo động cơ mới nhằm giúp cho các động cơ đó hoạt động vớiquá trình cháy tốt hơn, lượng tiêu hao nhiên liệu ít hơn, cũng như thân thi

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 5

1.1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài 5

1.2 Danh mục các từ viết tắt 5

1.3 Tổng quan về xe Toyota Hilux 6

1.4 Tổng quan về hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 9

1.4.1 Quá trình phát triển động cơ diesel 9

1.4.2 Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 10

1.4.3 Cấu tạo của một số hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 11

1.4.4 Hệ thống điện tử điều khiển phun nhiên liệu 22

1.4.5 Kết luận chương 1 26

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 1KD-FTV 3.0 Ô TÔ TOYOTA HILUX 26

2.1 Hệ thống nhiên liệu động cơ 1KD-FTV 26

2.1.1 Các thông số kỹ thuật động cơ 1KD-FTV 26

2.1.2 Giới thiệu về động cơ 1KD - FTV 27

2.2 Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ 1KD-FTV 40

2.3 Kết cấu hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 1KD-FTV 41

2.3.1 Vùng áp suất thấp 41

2.3.2 Vùng áp suất cao 43

2.4 Các cảm biến trong hệ thống nhiên liệu động cơ 1KD-FTV 54

2.4.1 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 54

2.4.2 Cảm biến vị trí trục khuỷu NE 55

2.4.3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 56

2.4.4 Cảm biến vị trí trục cam (TDC) 57

2.4.5 Cảm biến vị trí bướm ga 57

2.4.6 Cảm biến lưu lượng khí nạp 57

2.4.7 Cảm biến áp suất nhiên liệu 57

2.4.8 Cảm biến áp suất đường ống nạp (PIM) 58

2.4.9 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (THF) 59

2.5 Kết luận chương 2 60

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU KHAI THÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU 61

3.1 Các dạng hư hỏng thường gặp ở hệ thống nhiên liệu 61

3.1.1 Hư hỏng bơm cao áp 61

3.1.2 Hư hỏng bộ điều tốc 61

3.1.3 Các hư hỏng của vòi phun 62

3.1.4 Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu 62

3.1.5 Các hư hỏng của đường ống dẫn nhiên liệu 62

3.1.6 Hư hỏng hệ thống điện tử và các cảm biến 62

3.2 Cách khắc phục hỏng hóc 63

3.2.1 Bơm cao áp 63

3.2.2 Ống phân phối 63

3.2.3 Vòi phun 63

3.3 Phương pháp chẩn đoán 63

3.2.1 Các kiểm tra ban đầu 63

3.3.2 Động cơ không khởi động 63

3.3.3 Công suất động cơ không đủ 64

3.3.4 Động cơ làm việc không ổn định 65

3.3.5 Động cơ xả khói đen hoặc khói xám 65

3.3.6 Động cơ xả khói xanh 66

3.3.7 Động cơ xả khói trắng 66

3.3.8 Động cơ làm việc có tiếng gõ 66

3.3.9 Động cơ quá nóng 67

3.4 Bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu 67

3.5 Kết luận chương 3 69

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69

4.1 Kết luận 69

4.2 Kiến nghị 71

LỜI CẢM ƠN 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khi xã hội càng hiện đại nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng hóangày một tăng, thì giao thông vận tải luôn chiếm một vai trò chủ đạo Trongcông cuộc đổi mới đất nước, công nghiệp hoá hiện đại hoá là nhu cầu tất yếu củamột nước đang phát triển như chúng ta Trong các phương tiện giao thông thì ô

tô chiếm một số lượng lớn phục vụ nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng hóa củacon người Do đó đòi hỏi ngành công nghiệp ô tô luôn cần có sự đổi mới, tối ưuhoá về mặt kỹ thuật, hoàn thiện hơn về mặt công nghệ, để nâng cao tính hiện đại,tính kinh tế, trong quá trình vận hành, dần bắt kịp trình độ của các nước trongkhu vực và trên thế giới Để đạt được các yêu cầu đó các nhà sản xuất, các kỹ sưtrong nghành động lực cần phải có một kiến thức sâu rộng, tiếp cận nhiều trongthực tế để tìm ra các biện pháp tối ưu trong quá trình nghiên cứu

Việc đảm bảo tính kinh tế và tính kỹ thuật luôn đặt lên hàng đầu, giảm tối

ưu lượng nhiên liệu mà vẫn đảm bảo công suất động cơ, hạn chế vấn đề phát thảigây ô nhiễm môi trường Cùng với công nghệ phun xăng điện tử, công nghệphun diesel điện tử (Common Rail) cũng đã được nghiên cứu và ứng dụng trongngành ôtô vài năm trở lại đây

Sau quá trình học tập và rèn luyện tại trường, em đã chọn cho mình đề tài

đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu khai thác hệ thống nhiên liệu trang bị trên động cơ1KD-FTV 3.0 ô tô Toyota Hilux” Được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáoTS.Nguyễn Khắc Tuân và sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo trong Khoa Kỹthuật ô tô và Máy động lực trường đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên,

sự góp ý của các bạn và sự cố gắng của bản thân trong một thời gian ngắn đãgiúp em hoàn thành đồ án này Tuy đây không phải là đồ án đầu tiên, nhưng dothời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế, sự tiếp xúc với môi trường thực tế còn ítnên đồ án của em không thể tránh khỏi những sai sót

Thái Nguyên, ngày 08 tháng 06 năm 2016 Sinh viên thực hiện

Ma Văn Út

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài

- Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, ngành chế tạo

động cơ cũng đang trên đà phát triển mạnh Hiện nay các nhà khoa học đã tìm ranhiều cách để chế tạo động cơ mới nhằm giúp cho các động cơ đó hoạt động vớiquá trình cháy tốt hơn, lượng tiêu hao nhiên liệu ít hơn, cũng như thân thiện vớimôi trường như động cơ chạy bằng khí ga, động cơ phun xăng điện tử, động cơcommon rail, động cơ chạy bằng năng lượng mặt trời, ô tô hybrid…Tuy nhiên ởViệt Nam động cơ diesel vẫn còn đóng một vai trò rất quan trọng trong sự pháttriển của nền kinh tế nói chung và ngành ô tô nói riêng, bởi vì nó có khả năngsinh công lớn làm việc có độ ổn định và tin cậy cao

- Việc nghiên cứu khai thác hệ thống nhiên liệu trang bị trên động cơ1KD-FTV Toyota Hilux giúp chúng ta nắm bắt được những kiến thức cơ bản đểnâng cao hiệu quả sử dụng, khai thác sửa chữa và cải tiến chúng Ngoài ra nócòn góp phần xây dựng các nguồn tài liệu tham khảo phục vụ quá trình học tập

và công tác Giúp chúng ta hiểu rõ về hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

- Các loại động cơ mới ra đời với các bước đột phá về nhiên liệu và tiêuchuẩn khí thải chấp thuận trong ngành sản xuất động cơ nhằm bảo vệ môi trườngthì bên cạnh đó công nghệ sản xuất ngày càng được nâng cao

1.2 Danh mục các từ viết tắt

SUV Sport utility vehicle Kiểu xe thể thao đa chức năngDOHC Double Overhead Camshafts Hai trục cam trên 1 động cơABS Anti-lock Braking System Hệ thống chống bó cứng phanhEBD Electronic brake distributor Hệ thống phân phối phanh điện

tử

ERG Exhaust gas recirculation Tuần hoàn khí xả

ECU Engine Control Unit Hộp điều kiển (hộp đen)

EDU Electronic Driver Unit Mạch điều khiển điện tử

A/D Analog to digital converters Bộ biến đổi tương tự số

EDM Electrical discharge machine Máy phóng điện

SCV Suction control valve Van điều khiển hút

CDI Capacitor discharged Hệ thống đánh lửa điện dung

1.3 Tổng quan về xe Toyota Hilux

- Toyota Hilux là một dòng xe thương mại hạng nhẹ thuộc dòng xe bántải, được sản xuất và tiếp thị bởi hãng Toyota Nhật Bản, chiếc xe Hilux đầu tiênđược sản xuất vào tháng 3 năm 1968 Năm 1995 Toyota giới thiệu mô hình xebán tải mới, cho đến nay nó là một chiếc SUV đầy đủ, hiện nay dòng xe Hilux đã

có mặt ở hầu hết các nước trên thế giới

- Toyota Hilux sử dụng hai loại động cơ là 1KD-FTV và 2KD-FTV xuấthiện lần đầu vào năm 2000 Tính đến năm 2016 Toyota Hilux đã cho ra đờiphiên bản thế hệ thứ 8

- Những chiếc bán tải đa dụng đang ngày càng trở nên phổ biến hơn nhờkhả năng thích ứng và phục vụ linh hoạt cho các mục đích khác nhau của chủ xe,

từ đi lại đơn thuần trong đô thị, lăn bánh trên đường trường, cho đến chuyên chởhàng hóa cồng kềnh Rõ ràng xe bán tải hoàn toàn phù hợp với một đất nước cóđịa hình đa dạng như Việt Nam

- Phiên bản Hilux 2016 được trang bị 2 động cơ và hộp số khác nhau, điềunày mang đến công suất cũng như momen xoắn khác nhau Điểm chung là cả haikiểu động cơ bố trí 4 xylanh thẳng hàng 16 xupap và trục cam đôi DOHC, cócông nghệ phun nhiên liệu trực tiếp và tăng áp biến thiên

+ Đầu tiên, Bản 2.5L sản sinh công suất 142 mã lực tại 3400 vòng/ phút vàmomen xoắn đạt 343 Nm tại 1600-2800 vòng/ phút, tương đương bản số sàn 3.0lít, chỉ khác số vòng tua

+ Tiếp theo, hai phiên bản 3.0G cùng sử dụng động cơ 1KD-FTV cùngcho công suất 161 mã lực với dung tích 2982 cc Momen xoắn sinh ra khác nhau,nếu là hộp số tự động 5 cấp thì sức kéo tối đa đạt 360 Nm tại 1600 – 3000 vòng/phút, còn với hộp số sàn 6 cấp con số là 343 Nm ở 1400 – 3200 vòng/phút Cả 2đều có cơ chế truyền động 2 cầu 4×4

- Toyota Hilux 2016 được trang bị nhiều hệ thống an toàn hiện đại như: hệthống chống bó cứng ABS, hệ thống phân bổ lực phanh điện tử EBD, hỗ trợ

phanh khẩn cấp BA Bản 3.0G tự động có thêm cân bằng điện tử, kiểm soát lựckéo chủ động TRC, khởi hành ngang dốc HAC và cảnh báo phanh khẩn cấpEBS Hai bản 2.5E và 3.0G số sàn có 3 túi khí, trong khi bản 3.0G tự động có 7túi khí.

- Các thông số cơ bản của xe Toyota Hilux 3.0

Khoảng sáng gầmxe

Trọnglượngkhông tải

hàng; 16xupap;DOHC

tácCông suất tối đa KW / v/ph 161 / 3400

Mô men xoắn cựcđại

N.m/v/ph 360 / 1600 - 3000

Dung tích bìnhnhiên liệu

Hệ thống truyền

động

4 bánh bán thời gian,gài cầu điện tử

1.4 Tổng quan về hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

1.4.1 Quá trình phát triển động cơ diesel

- Động cơ diesel được phát minh vào năm 1892 nhờ kỹ sư người ĐứcRudolf Diesel, hoạt động theo nguyên lý tự bốc cháy.Ở gần cuối quá trình nénnhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ để hình thành hòa khí rồi tự bốccháy Đến năm 1927 Robert Bosch phát triển bơm cao áp (Bơm phun Bosch lắpcho động cơ diesel ôtô thương mại và ôtô khách vào năm 1936)

- Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng được cải tiến, với các giải pháp

kỹ thuật tối ưu làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu.Các nhà phát triển động cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹthuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm giới hạn các chất ô nhiễm Các biệnpháp 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 trộnnhiên liệukhông 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 quátrình phun để làm giảm lượng Hidrocacbon (HC)

+ Biệnpháp hồi lưu một bộ phận khí xả (ERG: Exhaust GasRecirculation).

- Hiện nay, các nhược điểm của hệ thống nhiên liệu Diesel đã được khắcphục bằng cải tiến các bộ phận như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tích trữ nhiênliệu áp suất cao, các ứng dụng điều khiển tự động nhờ sự phát triển của côngnghệ Đó là hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel

- Hệ thống này được phát minh đầu tiên bởi Robert Huber, người Thụy Sỹvào cuối những năm 60 Công trình này sau đó được tiến sĩ Marco Ganser củaviện nghiên cứu kỹ thuật Thụy Sỹ tại Zurich tiếp tục nghiên cứu và phát triễn.Đến giữa những năm 90, tiến sĩ Shohei Itoh và Masahiko Miyaki, của tập đoànDenso một nhà sản xuất phụ tùng ôtô lớn của Nhật Bản đã phát triển tiếp và ứngdụng trên các xe tải nặng hiệu Hino, và bán rộng ra thị trường vào 1995, sau đóứng dụng rộng rãi trên các xe du lịch

- Hiện nay, hầu hết tất cả các hãng ôtô đã sử dụng phổ biến hệ thống nàytrên xe của họ, cũng như sử dụng trên các động cơ xe cơ giới, tàu thủy…vớinhiều tên gọi khác nhau như: Toyota với tên D-4D, Mercedes với tên CDI,Huyndai-Kia với tên CRDi, Honda với tên i-CTDi, Mazda với tên CiTD

- Ra đời sớm nhưng động cơ diesel không phát triển như động cơ xăng dogây ra nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn

- Năm 1986 Bosch đã đưa ra thị trường việc điều khiển điện tử cho hệthống cung cấp nhiên liệu diesel được gọi là hệ thống nhiên liệu Common Rail

1.4.2 Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại của hệ thống nhiên liệu động động cơdiesel

a Nhiệm vụ:

- Dự trữ nhiên liệu: Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trongmột thời gian nhất định, giúp nhiên liệu chuyển động thông thoáng trong hệthống

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

+ Lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với chế độlàm việc của động cơ

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

+ Lượng nhiên liệu vào các xi lanh phải đồng đều, phải phun nhiên liệuvào xi lanh qua lỗ phun nhỏ với chênh áp lớn phía trước lỗ phun, để nhiên liệuđược xé tơi tốt

+ Các tia nhiên liệu phun vào xi lanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốtgiữa số lượng và phương hướng, hình dạng kích thước các tia phun với hìnhdạng buồng cháy và với cường độ, phương hướng chuyển động của mỗi chấttrong buồng cháy để hòa khí được hình thành nhanh và đều

b Yêu cầu:

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

+ Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao

+ Nhiên liệu phải sạch không chứa tạp chất và nước

+ Nhiên liệu phải có trị số xê tan cao, được đốt ngay khi phun vào buồngđốt

+ Thuận tiện sử dụng, dễ bảo dưỡng và sửa chữa

+ Dễ chế tạo, giá thành rẻ

c Phân loại:

- Dựa vào các loại bơm cao áp của hệ thống nhiên liệu ta có thể phân loại

sơ bộ hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thành 3 loại sau:

+ Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail

+ Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm phânphối

+ Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm dãy

1.4.3 Cấu tạo của một số hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

1.4.3.1 Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail

a Sơ đồ hệ thống

EDU

ECU Cạc caím

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common Rail 1- Lọc nhiên liệu; 2- Bơm cao áp; 3- Thùng nhiên liệu; 4- Vịi phun; 5- Bộ giới hạn áp suất; 6- Ống phân phối; 7- Cảm biến áp suất nhiên liệu.

* Hệ thống Common Rail gồm các khối chức năng:

- Khối dầu thấp áp: gồm thùng dầu, bơm tiếp dầu, bộ lọc dầu, ống dẫn dầu

và đường hồi dầu

- Khối dầu cao áp: gồm bơm cao áp, ống phân phối dầu cao áp đến các vịiphun, các đường ống cao áp, van an tồn, van xả áp và vịi phun

- Khối cơ - điện tử: gồm các cảm biến và tín hiệu, ECU, EDU (nếu cĩ),vịi phun, các van điều khiển nạp

* Hệ thống nhiên liệu Common Rail cĩ những đặc tính sau:

- Áp suất nhiên liệu, lượng phun, và thời điểm phun được điều khiển bằngđiện tử vì vậy điều khiển tốc độ động cơ đạt độ chính xác cao

- Áp suất nhiên liệu cao cho nên việc hồ trộn nhiên liệu – hồ khí trongbuồng cháy tốt hơn

- Tích trữ nhiên liệu áp suất cao, nhiên liệu được phun vào áp suất cao ởmõi dãi tốc độ động cơ.

* Với những đặc tính như trên thì những động cơ sử dụng Common Rail System

có tính hiệu năng, tính kinh tế nhiên liệu tăng cao, tiếng ồn nhỏ ít rung động vàkhí thải sạch

b Nguyên lý hoạt động

- Nhiên liệu được dẫn lên từ bơm nạp đặt trong bơm cao áp, sau đó quavan điều khiển lượng phun tới khoang bơm cao áp và được nén tới áp suất cầnthiết Piston trong bơm cap áp tạo ra áp suất phun trong ống Rail, áp suất nàythay đổi theo tốc độ động cơ và chế độ tải từ 20MPa ở chế độ không tải đến135MPa ở chế độ tải cao và tốc độ vận hành cao

- ECU điều khiển van điều khiển lượng phun để điều chỉnh lượng nhiênliệu cấp vào khoang bơm cao áp và nhờ đó điều chỉnh được áp suất nhiên liệu

- ECU luôn theo dõi sát áp suất nhiên liệu trong ống phân phối bằng cảmbiến áp suất nhiên liệu và thực hiện điều khiển phản hồi

c Chức năng của hệ thống Common Rail

- Việc tạo ra áp suất và việc phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhautrong hệ thống Common Rail Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ động

cơ và lượng nhiên liệu phun ra Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong bộ tích

áp suất cao (high-pressure accumulator) và sẵn sàng để phun Lượng nhiên liệuphun ra được quyết định bởi người lái xe, và thời điểm phun cũng như áp lựcphun được tính toán bằng ECU và các biểu đồ đã lưu trong bộ nhớ của nó Sau

đó ECU sẽ điều khiển các kim phun phun tại mỗi xy lanh động cơ để phun nhiênliệu

tính an toàn, sự thoải mái và tiện nghi Ví dụ như hệ thống tuần hoàn khí xả(EGR- exhaust gas recircalation), điều khiển turbo tăng áp, điều khiển ga tự động

và thiết bị chống trộm

* Chức năng hạn chế ô nhiễm

- Thành phần hỗn hợp và tác động đến quá trình cháy: So với động cơxăng, động cơ diesel đốt nhiên liệu khó bay hơi hơn (nhiệt độ sôi cao), nên việctạo hỗn hợp hòa khí không chỉ diễn ra trong giai đoạn phun và bắt đầu cháy, màcòn trong suốt quá trình cháy Kết quả là hỗn hợp không đồng nhất Động cơdiesel luôn hoạt động ở chế độ nghèo, mức tiêu hao nhiên liệu, muội than, CO,

HC sẽ tăng lên nếu không đốt cháy ở chế độ nghèo hợp lý

- Tỉ lệ hòa khí được quyết định bởi các thông số:

+ Khối lượng không khí nạp

- Tất cả các đại lượng trên đều ảnh hưởng đến mức tiêu hao nhiên liệu vànồng độ khí thải Nhiệt độ quá trình cháy quá cao và lượng ôxy nhiều sẽ làmtăng lượng NOx Muội than sinh ra khi hỗn hợp quá nghèo

- Hệ thống hồi lưu khí thải (EGR): Khi không có EGR, khí NOx sinh ravượt mức quy định về khí thái, ngược lại muội than sinh ra sẽ nằm trong giớihạn EGR là một phương pháp để giảm lượng NOx sinh ra mà không làm tăngnhanh lượng khói đen Điều này có thể thực hiện rất hiệu quả với hệ thốngCommon Rail với tỉ lệ hòa khí mong muốn đạt được nhờ vào áp suất phun cao.Với EGR, một phần của khí thải được đưa vào ống nạp ở chế độ tải nhỏ củađộng cơ Điều này không chỉ làm giảm lượng Oxy mà còn làm giảm hiệu quảcủa quá trình cháy và nhiệt độ cực đại Kết quả là làm giảm lượng NOx Nếu cóquá nhiều khí thải được nạp lại (quá 40% thể tích khí nạp), thì khói đen, CO và

HC sẽ sinh ra nhiều cũng như tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng vì thiếu Oxy

- Ảnh hưởng của việc phun nhiên liệu: Thời điểm phun, đường đặc tínhphun, sự phun tơi của nhiên liệu cũng ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu và nồng

độ khí thải

- Thời điểm phun: Nhờ vào nhiệt độ quá trình thấp hơn, phun nhiên liệutrễ làm giảm lượng NOx Nhưng nếu phun quá trễ thì lượng HC sẽ tăng và tiêuhao nhiên liệu sẽ nhiều hơn, và khói đen sinh ra ở chế độ tải lớn Nếu thời điểmphun chỉ lệch đi 10 khỏi giá trị lí tưởng thì lượng NOx có thể tăng lên 5% Ngượclại thời điểm phun sai lệch hơn 20thì có thể làm cho áp suất đỉnh tăng lên 10 bar,trễ đi 2 0có thể làm tăng nhiệt độ khí thải thêm 20 0C Với các yếu tố cực kì nhạycảm nêu trên, ECU cần phải điều chỉnh thời điểm phun chính xác tối đa

- Đường đặc tính phun: Đường đặc tính phun quy định sự thay đổi lượngnhiên liệu được phun vào trong suốt một chu kỳ phun (từ lúc bắt đầu phun chođến lúc kết thúc phun ) Đường đặc tính phun quyết định lượng nhiên liệu phun

ra trong suốt giai đoạn cháy trễ (giữa thời điểm bắt đầu phun và bắt đầu cháy).Hơn nữa nó cũng ảnh hưởng đến sự phân phối của nhiên liệu trong buồng đốt và

có tác dụng tận dụng hiệu quả của dòng khí nạp Đường đặc tính phun phải có độdốc từ từ để nhiên liệu phun ra trong quá trình cháy trễ được giữ thấp nhất, nhiênliệu diesel bốc cháy tức thì, ngay khi quá trình cháy bắt đầu gây ra tiếng ồn và sựtạo thành NOx Đường đặc tính phun phải có đỉnh không quá nhọn để đề phònghiện tượng nhiên liệu không được phun sương tơi - yếu tố dẫn đến lượng HCcao, khói đen và tăng tiêu hao nhiên liệu suốt giai đoạn cuối cùng của quá trìnhcháy

- Sự phun sương tơi nhiên liệu: Nhiên liệu được phun sương tơi tốt thúcđẩy hiệu quả hòa trộn giữa không khí và nhiên liệu Nó đóng góp vào việc giảm

HC và khói đen trong khí thải Với áp suất phun cao và hình dạng hình học tối

ưu của lỗ tia kim phun giúp cho sự phun sương tơi nhiên liệu tốt hơn Để ngănngừa muội than, lượng nhiên liệu phun ra phải được tính dựa vào lượng khí nạp.Điều này đòi hỏi lượng khí nạp phải nhiều hơn từ 10 - 40%

d Đặc tính phun của hệ thống Common Rail

- So với đặc điểm của hệ thống nhiên liệu cũ thì các yêu cầu sau đã đượcthực hiện dựa vào đường đặc tính phun lý tưởng:

+ Lượng nhiín liệu vă âp suất nhiín liệu phun độc lập với nhau trong từngđiều kiện hoạt động của động cơ (cho phĩp dễ đạt được tỉ lệ hỗn hợp A/F lítưởng).

+ Lúc bắt đầu phun, lượng nhiín liệu phun ra chỉ cần một lượng nhỏ.+ Câc yíu cầu trín đê được thỏa mên bởi hệ thống Common Rail Với đặcđiểm phun hai lần: phun mồi vă phun chính

P R

(Pm)

Giai đoạ n phun sơ khởi

Giai đoạ n phun chính.

Hình 1.2: Đường đặc tính phun của hệ thống Common Rail

-Hệ thống Common Rail lă hệ thống thiết kế theo module, có câc thănhphần

+ Kim phun điều khiển bằng van điện từ (solenoid) được gắn văo nắp mây+ Ống tích trữ nhiín liệu (ống phđn phối âp lực cao)

+ Bơm cao âp (bơm tạo âp lực cao)

- Câc thiết bị sau được sự hoạt động điều khiển của hệ thống:

+ ECU

+ Cảm biến tốc độ trục khuỷu

+ Cảm biến tốc độ trục cam

+ Câc loại cảm biến khâc

- Về cơ bản, kim phun được nối với ống tích nhiên liệu áp suất cao (rail)bằng một đường ống ngắn Kết hợp với đầu phun và van điện từ (solenoid) đượccung cấp điện qua ECU Khi van solenoid không được cấp điện thì kim ngừngphun Nhờ áp suất phun không đổi, lượng nhiên liệu phun ra sẽ tỉ lệ với độ dàicủa xung điều khiển solenoid Yêu cầu mở nhanh solenoid được đáp ứng bằngviệc sử dụng điện áp cao và dòng lớn Thời điểm phun được điều khiển bằng hệthống điều khiển góc phun sớm Hệ thống này dùng một cảm biến trên trụckhuỷu để nhận biết tốc độ động cơ, và một cảm biến trên trục cam để nhận biết

kỳ hoạt động

- Phun mồi (pilot injection)

+ Phun mồi diễn ra sớm đến 900 trước điểm chết trên (ĐCT) Nếu thờiđiểm phun mồi xuất hiện nhỏ hơn 40 0, nhiên liệu có thể bám vào bề mặt củapiston và thành xi lanh và làm loãng dầu bôi trơn

+ Trong giai đoan phun mồi, một lượng nhỏ nhiên liệu (1- 4 mm3) đượcphun vào xy lanh để “mồi” Kết quả là quá trình cháy được cải thiện và đạt đượcmột số hiệu quả sau

+ Áp suất cuối quá trình nén tăng một ít nhờ vào giai đoạn phun mồi vànhiên liệu cháy một phần Điều này giúp giảm thời gian trễ cháy, sự tăng độtngột của áp suất khí cháy và áp suất cực đại (quá trình cháy êm dịu hơn) Kếtquả là giảm tiếng ồn của động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và trong nhiều trườnghợp giảm được độ độc hại của khí thải Quá trình phun mồi góp phần gián tiếpvào việc tăng công suất động cơ

- Giai đoạn phun chính (main injection): Công suất đầu ra của động cơphụ thuộc vào giai đoạn phun chính tiếp theo giai đoạn phun mồi Điều này cónghĩa là giai đoạn phun chính giúp tăng lực kéo của động cơ Với hệ thốngCommon Rail, áp suất phun vẫn giữ không đổi trong suốt quá trình phun

- Giai đoạn phun thứ cấp (secondary injection): Theo quan điểm xử lý khíthải, phun thứ cấp có thể được áp dụng để đốt cháy NOx Nó diễn ra sau ngaygiai đoạn phun chính và được xác định để xảy ra trong quá trình giãn nở hay kỳthải khoảng 2000 sau ĐCT Ngược lại so với quá trình phun mồi và phun chính,nhiên liệu phun vào không được đốt cháy mà để bốc hơi nhờ vào sức nóng của

khí thải ở ống thải Trong suốt kỳ thải hỗn hợp khí thải và nhiên liệu được đẩy rangoài hệ thống thoát khí thải thông qua xupap thải Tuy nhiên một phần củanhiên liệu được đưa lại buồng đốt thông qua hệ thống luân hồi khí thải EGR và

có tác dụng tương tự như chính giai đoạn phun mồi Khi bộ hóa khử được lắp đểlàm giảm NOx, chúng tận dụng nhiên liệu trong khí thải như là một nhân tố hóahọc để làm giảm nồng độ NOx trong khí thải

e Ưu, nhược điểm của hệ thống nhiên liệu Common Rail

* Ưu điểm

So với hệ thống cũ dẫn động bằng cam, hệ thống Common Rail khá linhhoạt trong việc đáp ứng thích nghi để điều khiển phun nhiên liệu cho động cơdiesel, như:

- Áp suất phun nhiên liệu có thể được chọn 1 cách ngẫu nhiên và rất rộng

ở khoảng giá trị cho phép lấy trong vùng đặc tính

- Áp suất luôn không đổi dù cho động cơ hoạt động ở chế độ tải trọngkhác nhau, áp suất luôn ổn định (đối với các loại động cơ khác nhau, tùy hãngkhác nhau có chỉ số áp suất khác nhau: 1350, 1400, 1600, 1800, 2000bar)

- Sự khởi đầu linh hoạt của sự phun nhiên liệu với quá trình phun ban đầu,quá trình phun chính và quá trình phun cuối (đối với mỗi hãng xe sẽ có các quátrình phun tùy loại là 2, 3, hoặc 4)

- Có nhiều khả năng cho sự phát triển cho quá trình đốt của động cơ dieseltrong tương lai, tạo ra nhiều sự linh hoạt cho việc phun nhiên liệu

- Các quá trình xử lý khí thải có thể được kết hợp 1 cách tối ưu

- Khả năng bay hơi cao: Nhiên liệu qua những lỗ rất nhỏ của vòi phun làmcho nó trở thành dạng sương mù rất dễ bắt cháy

- Phun nhiều lần: Làm nhiên liệu được cháy sạch, cháy êm, quá trình phunmồi làm động cơ cháy êm hơn

- Điều khiển điện tử: Việc sử dụng ECU cho phép điều chỉnh rất chính xáccác thông số phun nhiên liệu như áp suất, thời điểm phun và lượng nhiên liệuphun

- Tiêu hao nhiên liệu thấp

- Phát thải ô nhiễm thấp

- Động cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn.

- Cải thiện tính năng động cơ

- Thiết kế phù hợp để thay thế cho các động cơ diesel đang sử dụng

- Với thời điểm chính xác, hệ thống phun nhiên liệu common rail có thểthực hiện khâu “hậu đốt cháy” trong đó một lượng nhiên liệu không đáng kểđược bơm vào giai đoạn giãn nở để tạo ra hiện tượng cháy qui mô nhỏ trước khibắt đầu quá trình đốt thông thường Mục đích của khâu này là loại bỏ các hạtkhông cháy, tăng nhiệt độ dòng khí xả và giảm thời gian đun nóng sơ bộ của bộchuyển hóa xúc tác Nói một cách ngắn gọn, “hậu đốt cháy” cắt giảm lượng chấtgây ô nhiễm

* Nhược điểm

Bên cạnh những ưu điểm nêu trên, nhưng hệ thống nhiên liệu CommonRail vẫn còn tồn tại một số nhược điểm:

- Thiết kế và chế tạo phức tạp đòi hỏi có ngành công nghệ cao

- Khó xác định và lắp đặt các chi tiết Common Rail trên động cơ cũ

- Giá thành cao, độ tin cậy phụ thuộc vào công nghệ thích ứng với môitrường của các nhà sản xuất

1.4.3.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm dãy

Hình 1.3: Bơm Bosh 1-Bu lông xả khí; 2- Vít hãm; 3- Đầu nối ống nhiên liệu đến vòi phun; 4- 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- Bu lông điều chỉnh; 22- Con đội; 23- Con lăn; 24- Cam.

- Nguyên lý hoạt động: Piston đi xuống nhờ lực đẩy lò xo 19, van cao áp

12 đóng kín, nhờ độ chân không được tạo ra trong không gian phía trên piston,khi mở các lỗ A, B nhiên liệu được nạp đầy vào không gian này cho tới khipiston nằm ở vị trí thấp nhất

- Piston đi lên nhờ cam 24, lúc đầu nhiên liệu bị đẩy qua các lỗ A, B rangoài; khi đỉnh piston che kín hai lỗ A, B thì nhiên liệu ở không gian ở phía trênpiston 15 tăng áp suất, đẩy mở van cao áp 12, nhiên liệu đi vào đường cao áp tớivòi phun Quá trình cấp nhiên liệu được tiếp diễn tới khi rãnh nghiêng trên đầupiston mở lỗ xả B thời điểm kết thúc cấp nhiên liệu, từ lúc ấy nhiên liệu từ không

gian phía trên piston qua rãnh dọc thoát qua lỗ B ra ngoài khiến áp suất trongxilanh giảm đột ngột, van cao áp được đóng lại.

1.4.3.3 Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm phân phối

Hình 1.4: Bơm 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 văng; 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.

- Nguyên lý hoạt động: Dẫn động xoay piston 20 được trục bơm 6 dẫnđộng, còn dẫn động định tiến do vành cam 3 trên trục bơm 6 dẫn động Trênsườn piston có các lỗ thoát B, khi piston xoay lỗ thoát này sẽ lần lượt ăn thôngvới các lỗ khoan chéo A trên đầu bơm Trong hành trình công tác nhiên liệunén và phân phối lần lượt qua các lỗ khoan chéo A, khi đó áp suất nhiên liệunén đi qua van cao áp 21 rồi đi đến vòi phun nhiên liệu của xylanh tương ứng.Trên bơm còn có bơm chuyển nhiên liệu kiểu phiến gạt được nâng lên một ápsuất ổn định, quả văng 10 thông qua quan hệ tay đòn, quả văng tác động vào

bạc xả 1 qua đó làm thay đổi thời điểm mở lỗ xả và thực hiện việc điều chỉnhlượng nhiên liệu cung cấp theo chế độ làm việc của động cơ Loại bơm này cókết cấu đơn giản hơn so với bơm cao áp thẳng hàng kiểu Bosch cho nên được

sử dụng rộng rãi hơn, nhưng loại bơm cao áp sử dụng trong hệ thống nhiên liệuCommon Rail kết cấu đơn giản hơn ta khảo sát sau

1.4.3.4 Đặc điểm hình thành hỗn hợp nhiên liệu

- Nhiên liệu được phun vào buồng đốt từ 150 - 300 trước ĐCT/ kỳ nén,khi dấu phun nhiên liệu “INJ” ở bánh đà đúng ngay chỉ thị mà lăng vạch ở ốngdẫn hướng ngay dấu chỉ thị ở cử sổ là thời điểm khơi phun Hỗn hợp được hìnhthành bên trong xilanh động cơ với thời gian rất ngắn tính theo góc quay củatrục khuỷu, chỉ bằng 1/10 đến 1/20 so với trường hợp của máy xăng, ngoài ranhiên liệu diesel lại khó bay hơi hơn xăng nên phải được phun thật tơi và hoàtrộn đều trong không gian buồng cháy Vì vậy phải tạo điều kiện để nhiên liệuđược sấy nóng, bay hơi nhanh và hoà trộn đều với không khí trong buồng đốtnhằm tạo ra hoà khí; mặt khác phải đảm bảo cho nhiệt độ không khí trongbuồng đốt tại thời gian phun nhiên liệu phải đủ lớn để hoà khí tự bốc cháy

- Quá trình hình thành hỗn hợp và quá trình bốc cháy nhiên liệu trongđộng cơ diesel chồng chéo lên nhau, xảy ra liên tục Sau khi phun nhiên liệu thìtrong buồng đốt diễn ra một loạt thay đổi về tính chất lý hoá của nhiên liệu, sau

đó một phần nhiên liệu được phun vào trước đã tạo thành hỗn hợp thì tự bốccháy trong khi nhiên liệu vẫn được tiếp tục phun vào để cung cấp cho xy lanhđộng cơ Chính đặc điểm của quá trình hình thành hỗn hợp và quá trình cháynhư vậy nên để cho phù hợp thì động cơ diesel có rất nhiều loại buồng cháykhác nhau tuỳ theo cấu tạo của động cơ và mục đích sử dụng động cơ

1.4.4 Hệ thống điện tử điều khiển phun nhiên liệu

- Đối với động cơ diesel có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháytrong động cơ, các yếu tố đó có nhiều yếu tố thuộc khâu kết cấu, thiết kế buồngcháy, kết cấu đường ống nạp và có nhiều yếu tố phụ thuộc vào chế độ hoạtđộng của động cơ như: Số vòng quay, thời điểm phun, lượng phun…

- Khả năng làm việc tối ưu của động cơ phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tốđiều chỉnh cơ bản là: Lượng nhiên liệu phun vào động cơ và thời điểm phun

Cả hai thông số điều chỉnh cơ bản này đều được điều chỉnh bởi bộ điều khiểnđiện tử trên cơ sở xử lý các thông tin đầu vào như: Số vòng quay, chế độ tảitrọng động cơ, nhiệt độ nước làm mát Nói chung có nhiều bộ xử lý điều khiểnnhiều hệ thống khác nhau lắp trên ôtô Tuy nhiên bộ xử lý nào cũng hoạt độngtheo nguyên lý thu thập thông tin vào điều kiện làm việc của hệ thống và trên

cơ sở đó điều khiển các cơ cấu chấp hành theo cách mà người thiết kế mongmuốn Như vậy, hệ thống điều khiển điện tử phun nhiên liệu trên động cơ gồm

ba phần chủ yếu sau

1.4.4.1 Hệ thống thu thập thông tin về điều kiện làm việc của động cơ

- Các cảm biến cung cấp cho bộ xử lý về số vòng quay, vị trí bàn đạp chân

ga, nhiệt độ không khí nạp, nhiệt độ nước làm mát của động cơ các cảm biếnlàm việc theo nguyên tắc khác nhau Các thông tin từ các cảm biến đưa về bộ

xử lý dưới dạng các tín hiệu điện như: tín hiệu dạng xung, tín hiệu điện áp biếnđổi, tín hiệu tần số và được biến đổi, xử lý sơ bộ trước khi đi vào hệ thống xửlý

- Các cơ cấu chấp hành được điều khiển bằng các tín hiệu đầu ra của bộ xử

lý Các cơ cấu chấp hành như: vòi phun, bơm cao áp được hệ thống thừa hànhđiều khiển sao cho động cơ làm việc phù hợp với các tín hiệu đầu vào

1.4.4.4 Định lượng hỗn hợp nhiên liệu, không khí

- Lượng O2, dùng để đốt cháy nhiên liệu trong buồng cháy động cơ, làlượng O2 trong không khí Như ta biết không khí gồm hai thành phần là: O2 vàN2 Tính theo thành phần thể tích (thành phần mol) O2 chiếm 21% còn N2chiếm 79% Do với một thể tích nhất định, khối lượng khí phụ thuộc vào cácthông số trạng thái của nó như: áp suất, nhiệt độ Vì vậy với một dung tích

xilanh nhất định, khối lượng không khí nạp vào là khác nhau nếu ở điều kiện ápsuất và nhiệt độ khác nhau.

- Khi động cơ đang hoạt động, lượng nhiên liệu phun vào xi lanh thay đổitùy theo điều kiện làm việc Để đảm bảo lượng nhiên liệu phù hợp, bộ điều khiểncần biết được thông tin về trạng thái của lượng khí nạp

- Để xác định chính xác lượng khí nạp, trên động cơ lắp thêm cảm biến đo

áp suất ( cảm biến MAF) và nhiệt độ khí nạp (IAT), chính xác hơn nữa là cảmbiến lưu lượng khí nạp, thể tích khí nạp được xác định thông qua thể tích côngtác và hiệu suất thể tích động cơ Thể tích công tác phụ thuộc đường kính xi lanh

và hành trình piston, còn hiệu suất thể tích phụ thuộc kết cấu của động cơ vàđường ống nạp Vì mỗi loại động cơ có một kích thước và kết cấu khác nhau nên

để đảm bảo cho điều kiện phun nhiên liệu được chính xác, các thông số kết cấu

và hiệu suất thể tích được nạp sẵn vào bộ nhớ ROM của bộ điều khiển điện tử

- Lượng nhiên liệu phun không chỉ phụ thuộc vào lượng khí nạp, buồngcháy động cơ mà còn phụ thuộc nhiều yếu tố đặc trưng cho tình trạng làm việccủa động cơ, ví dụ như số vòng quay của trục khuỷu, nhiệt độ nước làm mát

Bộ xử lý cũng sử dụng các tín hiệu nhận được từ các cảm biến đo các yếu tố đặctrưng cho tình trạng làm việc của động cơ để điều chỉnh lượng phun sao cho đạtđược tỉ lệ hỗn hợp thích ứng với điều kiện làm việc của động cơ

1.4.4.5 Xác định góc phun sớm

- Cũng tương tự như nguyên tắc điều khiển lượng phun, bộ xử lý điềukhiển góc phun sớm trên cơ sở tín hiệu thu được từ cảm biến đo số vòng quayđộng cơ và các cảm biến xác định trạng thái động cơ

- Để lựa chọn góc phun sớm tốt nhất được xác định nhờ thực nghiệm bằngcách xây dựng đặc tính điều chỉnh góc phun sớm của động cơ Đặc tính điềuchỉnh góc phun sớm được thực hiện ở điều kiện không thay đổi tốc độ n vàlượng nhiên liệu cấp cho chu trình

- Từ những thực nghiệm người ta đưa ra dãy góc phun sớm tuỳ thuộc vàotốc độ động cơ và tải trọng, góc phun sớm nằm trong giới hạn từ 15 ÷ 350 Từ đóngười ta đưa ra bảng giá trị góc phun sớm ứng với từng tốc độ và tải trọng động

cơ gọi là góc phun sớm cơ sở

- Như vậy khi động cơ hoạt động, bộ xử lý nhận tín hiệu từ cảm biến vị trítrục khuỷu, cảm biến vị trí bàn đạp ga, áp suất trên đường ống nạp để xác định sốvòng quay và tải trọng, động cơ tại thời điểm đó Với hai thông số này, bộ xử lýđối chiếu vào bảng góc phun sớm cơ sở để lấy ra giá trị góc phun sớm, sau đó bộ

xử lý căn cứ vào giá trị thu được từ các cảm biến khác nhau như: cảm biến nướclàm mát, cảm biến nhiệt độ khí nạp để hiệu chỉnh và có giá trị góc phun sớmthích hợp Giá trị được bộ xử lý dùng để điều khiển bộ phận thừa hành ở đầu ra:bơm, và vòi phun…

1.4.4.6 Bộ xử lý

Hình 1.5: Sơ đồ khối điều khiển điện tử phun nhiên liệu

- Như đã trình bày trên, căn cứ vào tín hiệu gửi về từ các cảm biến, hệthống xử lý so sánh với các thông tin đã được lập trình sẵn trong bộ nhớ và xác

định các thông số đầu ra để điều khiển các bộ phận thừa hành, đảm bảo điều kiệnlàm việc tối ưu cho động cơ.

có và không, mức điện áp có là số 1 và mức điện áp không là số 0 Tín hiệu phảiđược biến sang dạng số vì bộ xử lý chỉ có thể làm việc với các tín hiệu 0 và 1

- Một trong các bộ biến đổi dùng phổ biến trong bộ điều khiển là bộ biếnđổi tương tự số, viết tắt là A/D (Analog to digital converters) Bộ này dùng đểbiến đổi tín hiệu điện áp một chiều có giá trị thay đổi sang tín hiệu dạng số để bộ

xử lý có thể làm việc được

- Các cảm biến mạch tương tự, như cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biếnnhiệt độ, cảm biến vị trí trục bơm cao áp là những ví dụ của cảm biến tạo ra tínhiệu điện áp tương tự thay đổi

1.4.5 Kết luận chương 1

- Nêu được mục đích và ý nghĩa của đề tài

- Tổng quan được dòng xe Toyota Hilux

- Nắm được những kiến thức cơ bản về hệ thống nhiên liệu diesel

- Nghiên cứu quá trình phát triển động cơ diesel

- Phân loại được hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

- Nghiên cứu cấu tạo 1 số hệ thống nhiên liệu dùng bơm bosh, bơm phânphối về hệ thống common rail

- Phương pháp nghiên cứu tìm hiểu tài liệu

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG NHIÊN

LIỆU ĐỘNG CƠ 1KD-FTV 3.0 Ô TÔ TOYOTA HILUX

2.1 Hệ thống nhiên liệu động cơ 1KD-FTV

2.1.1 Các thông số kỹ thuật động cơ 1KD-FTV

Số xy lanh và cách bố trí 4 xy lanh thẳng hàng, 16 xupap

Mức độ tiêu thụ nhiên liệu 7,5 lít/100 km

2.1.2 Giới thiệu về động cơ 1KD - FTV

- Động cơ 1KD-FTV của hãng Toyota là loại động cơ Diesel turbo tăng

áp TOYOTA 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 nhất 127KW/3400 v/ph, hệ thống phối khícủa các xupap được dẫn động trực tiếp từ trục cam thông qua con đội thuỷ lực,

sử dụng con đội thuỷ lực và cách bố trí 4 xupap trên một xylanh tạo được chấtlượng nạp và thải (nạp đầy, thải sạch), nhằm tăng công suất động cơ, giảm đượclượng khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường Động cơ sử dụng công nghệCommon Rail hoạt động ở áp suất cực cao lên đến 135 Mpa gấp 8 lần áp suất

của hệ thống phun nhiên liệu thông thường Với hệ thống phun nhiên liệu dieselbằng hệ thống tích luỹ nhiên liệu và điều khiển bằng ECU và hệ thống tuần hoànkhí xả tạo cho động cơ luôn làm việc ở chế độ an toàn và hiệu quả cao.

Hình 2.1: Hình dạng của động cơ 1KD-FTV 2.1.2.1 Thân máy và nắp xy lanh

- Thân máy động cơ 1KD-FTV có 4 xylanh thẳng hàng, được lắp lótxylanh khô, khi lót xylanh bị mòn có thể tháo ra để thay thế, được gia công đạt

độ chính xác và độ bóng cao Trong thân máy được bố trí các áo nước làm mátbao bọc xung quanh các xylanh

- Có 5 ổ đỡ trục khuỷu trong thân máy, các ổ đỡ trục khuỷu được đúc liềnvới các vách ngăn trên thân máy, và các nắp ổ trục chế tạo rời, khi lắp ráp dùngbulông để siết chặt

- Nắp xylanh có vai trò cùng với xylanh và piston tạo thành buồng cháy.Nhiều bộ phận của động cơ được lắp trên nắp xylanh như: vòi phun, cụm xupap,các đường ống nạp, thải, đường nước làm mát, đường dầu bôi trơn

- Vòi phun được lắp từ phía trên của nắp xylanh và có gioăng làm kín đểđảm bảo làm kín buồng cháy

Hình 2.2: Nắp xy lanh và thân máy động cơ 1KD-FTV 2.1.2.2 Cơ cấu phân phối khí

- Động cơ 1KD - FTV có cơ cấu phân phối khí loại dùng xupap treo Mỗixylanh của động cơ được bố trí 4 xupap 2 xupap nạp và 2 xupap xả, các xupapđược đặt xen kẽ nhau Đường nạp và đường thải được bố trí về hai phía của động

cơ, do đó giảm được sự sấy nóng không khí nạp Trục cam được bố trí trong hộptrục khuỷu, được dẫn động từ trục khuỷu thông qua cơ cấu bánh răng

- Động cơ 1KD-FTV dùng xupap có đáy bằng, mặt làm việc quan trọngcủa xupap là mặt côn, xupáp nạp có mặt côn này nghiêng một góc a = 300, cònxupap thải thì có mặt côn nghiêng một góc a = 450 Mặt làm việc được gia côngrất kỹ và đuợc mài rà với đế xupap Thân xupap dùng để dẫn hướng cho xupap.Khi làm việc thân xupap trượt dọc theo ống dẫn hướng xupap, ống dẫn hướngxupap gắn chặt với nắp máy Đuôi xupap có một rãnh hãm hình trụ để lắp ghépvới đĩa lò xo, đĩa lò xo được lắp với xupap bằng hai móng hãm hình côn, mặttrên của đuôi xupap được tôi cứng để tránh mòn

- Trục cam dùng để dẫn động xupap đóng mở theo quy luật nhất định.Trục cam bao gồm các phần cam nạp, cam thải và các cổ trục, các cam được làmliền với trục

Hình 2.3: Kết cấu các chi tiết trong cơ cấu phối khí 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.

Hình 2.4: Sơ đồ dẫn động trụ 1- Đai dẫn động; 2- Bánh răng dẫn động; 3- Cam nạp; 4- Cam xả.

- Với động cơ bốn kỳ một hàng xylanh, góc lệch j1 giữa hai đỉnh cam cùngtên của hai xylanh làm việc kế tiếp nhau bằng một nửa góc công tác dk của haixylanh đó

- Trục cam với hệ thống cam kép DOHC được dẫn động trực tiếp bởi haicam nạp và hai cam thải sẽ làm giảm va đập và tiếng ồn, kết cấu đường nạp gọnhơn, tăng hiệu quả nạp và tiết kiệm nhiên liệu.

- Dẫn động trục cam bằng dây đai thông qua các bánh răng nối từ trụckhuỷu, bộ phân căng đai

2.1.2.3 Hệ thống làm mát

- Động cơ 1KD-FTV có hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức,kiểu kín, nước tuần hoàn trong hệ thống nhờ bơm ly tâm được dẫn động từ trụckhuỷu

- Dung dịch nước làm mát từ thân động cơ lên nắp xylanh qua các ốngdẫn đến van điều nhiệt Nước từ van điều nhiệt được chia ra thành hai dòng: mộtqua két làm mát và một quay trở về bơm Nước sau khi qua két làm mát thì theođường ống dẫn đi làm mát dầu sau đó qua bơm rồi tuần hoàn trở lại động cơ Ởđây nếu nhiệt độ nước làm mát thấp hơn so với nhiệt độ mở của van điều nhiệtthì van điều nhiệt đóng, không cho nước qua két làm mát, nước được luânchuyển tuần hoàn trở về bơm, và nếu nhiệt độ nước làm mát cao hơn so với nhiệt

độ mở của van điều nhiệt thì van điều nhiệt mở, nước sẽ đi qua két nước làmmát

Hình 2.5: Sơ đồ khối hệ thống làm mát của động cơ 1KD-FTV

2.1.2.4 Hệ thống bôi trơn

- Hệ thống bôi trơn của động cơ 1KD-FTV dùng phương pháp bôi trơncưỡng bức cácte ướt Các bộ phận chủ yếu của hệ thống bôi trơn gồm: Cácte,bơm dầu nhờn, bầu lọc dầu, két làm mát dầu, các đường ống dẫn, các van bảo vệ

và đồng hồ báo Các thông số của hệ thống bôi trơn động cơ

Áp suất dầu trong hệ thống: 4,6 [Kg/cm2]

Nhiệt độ max: 105 [oC]

- Dầu bôi trơn chứa trong cácte được bơm dầu hút qua phao hút đi đến bầulọc dầu Tại bầu lọc, dầu bôi trơn được lọc sạch tạp chất và tách nước Sau đódầu được đẩy vào đường dầu chính trong thân động cơ đi đến bôi trơn các bề mặt

ma sát Từ đường dầu chính dầu được dẫn vào bôi trơn các cổ trục khuỷu, rồi từ

cổ trục khuỷu dầu theo lỗ dầu trong trục khuỷu đến bôi trơn các chốt khuỷu.Trên đường dầu chính còn có các đường dầu đi bôi trơn trục cam và cơ cấu phânphối khí Ngoài ra, để bôi trơn bề mặt làm việc của xylanh - piston và làm mátpiston, người ta bố trí một vòi phun dầu từ đường dầu chính cho mỗi xylanh -piston động cơ, áp suất phun được điều khiển bằng một van làm việc với áp suất1,3 [bar] Trên đường dầu chính người ta còn bố trí đồng hồ đo áp suất dầu vàcảm biến nhiệt độ

- Khi nhiệt độ dầu lên cao quá 80 [oC], độ nhớt của dầu giảm sút, van kétlàm mát dầu sẽ mở cho dầu đi qua két làm mát Khi bầu lọc dầu bị tắc thì van antoàn sẽ mở để cho dầu đi thẳng vào đường dầu chính Trên đường dầu chínhngười ta mắc một van làm việc ở áp suất 4,6 [bar], van này có tác dụng đảm bảocho áp suất của dầu bôi trơn trong hệ thống có trị số không đổi

- Bầu lọc dầu dùng trên động cơ là loại bầu lọc thấm dùng lõi lọc bằnggiấy

Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống bôi trơn

- Động cơ 1KD-FTV dùng bơm dầu kiểu bơm bánh răng, được dẫn động

từ trục khuỷu thông qua hệ thống bánh răng dẫn động

2.1.2.5 Nhóm piston

Hình 2.7: Nhóm piston 1-Chốt piston; 2- Vòng hãm; 3- Xécmăng dầu; 4- Xécmăng khí thứ hai; 5- Xécmăng khí thứ nhất.

- Piston của động cơ 1KD-FTV được chế tạo bằng hợp kim nhôm, trênpiston được bố trí hai xécmăng khí và một xécmăng dầu Đường kính của piston:

D = 96 [mm] Hành trình piston: S = 103 [mm]

- Đỉnh piston có dạng lõm kiểu ômêga Khi động cơ làm việc đầu pistonnhận phần lớn nhiệt lượng do khí cháy truyền cho nó (khoảng 70  80%) vànhiệt lượng này truyền vào xécmăng thông qua rãnh xécmăng, rồi đến nước làmmát động cơ Ngoài ra trong quá trình làm việc piston còn được làm mát bằngcách phun dầu vào phía dưới đỉnh piston.

- Thân piston làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trongxylanh, là nơi chịu lực ngang N và là nơi để bố trí bệ chốt piston Trên bệ chốt cócác gân để tăng độ cứng vững

- Chân piston có dạng vành đai để tăng độ cứng vững cho piston Trênchân piston người ta cắt bỏ một phần khối lượng nhằm giảm lực quán tính nhưngkhông ảnh hưởng đến độ cứng vững của nó

- Chốt piston là chi tiết dùng để nối piston với đầu nhỏ thanh truyền, nótruyền lực khí thể từ piston qua thanh truyền để làm quay trục khuỷu Trong quátrình làm việc chốt piston chịu lực khí thể và lực quán tính rất lớn, các lực nàythay đổi theo chu kỳ và có tính chất va đập mạnh Đường kính chốt piston códạng hình trụ rỗng Chốt piston được lắp với piston và đầu nhỏ thanh truyền theokiểu lắp tự do Khi làm việc chốt piston có thể xoay tự do trong bệ chốt piston vàbạc lót của đầu nhỏ thanh truyền, trên đầu nhỏ thanh truyền và trên bệ chốtpiston có lỗ để đưa dầu vào bôi trơn chốt piston

- Xécmăng khí được lắp trên đầu piston có nhiệm vụ bao kín buồng cháy,ngăn không cho khí cháy từ buồng cháy lọt xuống cácte Trong động cơ, khícháy có thể lọt xuống cácte theo ba đường : Qua khe hở giữa mặt xylanh và mặtcông tác (mặt lưng xécmăng) ; qua khe hở giữa xécmăng và rãnh xécmăng; quakhe hở phần miệng xécmăng Xécmăng dầu có nhiệm vụ ngăn dầu bôi trơn sụclên buồng cháy, và gạt dầu bám trên vách xylanh trở về cácte, ngoài ra khi gạtdầu xécmăng dầu cũng phân bố đều trên bề mặt xylanh một lớp dầu mỏng Điềukiện làm việc của xécmăng rất khắc nghiệt, chịu nhiệt độ và áp suất cao, ma sátmài mòn nhiều và chịu ăn mòn hoá học của khí cháy và dầu nhờn

2.1.2.6 Thanh truyền

- Thanh truyền là chi tiết dùng để nối piston với trục khuỷu và biếnchuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu Khi

làm việc thanh truyền chịu tác dụng của : Lực khí thể trong xylanh, lực quán tínhcủa nhóm piston và lực quán tính của bản thân thanh truyền Thanh truyền cócấu tạo gồm 3 phần : Đầu nhỏ, thân và đầu to.

- Đầu nhỏ thanh truyền dùng để lắp với chốt piston có dạng hình trụ rỗng,trên đầu nhỏ có rãnh hứng dầu để bôi trơn bạc lót và chốt piston phía trên đầunhỏ có một vấu lồi lên để điều chỉnh trọng lượng và trọng tâm của thanh truyền.Khi làm việc chốt piston có thể xoay tự do trong đầu nhỏ thanh truyền

- Thân thanh truyền có tiết diện chữ I Chiều rộng của thân thanh truyềntăng dần từ đầu nhỏ lên đầu to mục đích là để phù hợp với quy luật phân bố củalực quán tính tác dụng trên thân thanh truyền trong mặt phẳng lắc

R21 R14,5 R24

Hình 2.8: Thanh truyền động cơ 1KD-FTV

- Đầu to thanh truyền có dạng hình trụ rỗng Đầu to được chia thành hainửa, nhằm giảm kích thước đầu to thanh truyền mà vẫn tăng đươc đường kính

chốt khuỷu, nửa trên đúc liền với thân, nửa dưới rời ra làm thành nắp đầu tothanh truyền Hai nửa này được liên kết với nhau bằng bulông thanh truyền.

- Trên đầu to thanh truyền có lắp bạc lót để giảm độ mài mòn cho chốtkhuỷu, bạc lót đầu to thanh truyền cũng làm thành hai nửa, khi bạc lót bị mòn thìđược thay thế bằng bạc lót mới Trên bạc lót có lỗ và rãnh để dẫn dầu bôi trơn vàcác vấu chống xoay, khi lắp ghép các vấu này bám vào các rãnh trên đầu to

- Thanh truyền làm bằng thép có độ bền cao, giữa hai nắp thanh truyền cóchốt định vị để tăng tính ổn định khi lắp ráp

- Bạc thanh truyền chế tạo bằng nhôm, trên bàc có vấu định vị tăng tính ổnđịnh khi lắp ráp

2.1.2.7 Trục khuỷu

- Trục khuỷu có nhiệm vụ tiếp nhận lực tác dụng trên piston truyền quathanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quaycủa trục để đưa công suất ra ngoài trong chu trình sinh công của động cơ và nhậnnăng lượng từ bánh đà sau đó truyền qua thanh truyền và piston thực hiện quátrình nén cũng như trao đổi khí

-Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể và lựcquán tính, các lực này có trị số rất lớn và thay đổi theo chu kỳ Các lực tác dụnggây ra ứng suất uốn và xoắn trục, đồng thời còn gây ra hiện tượng dao động dọc

và dao động xoắn, làm động cơ rung động, mất cân bằng