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

Mục đích và ý nghĩa của đề tài - Hiện nay các nhà khoa học đã tìm ra nhiều cách để chế tạo động cơ mới nhằm giúp cho các động cơ đó hoạt động với quá trình cháy tốt hơn, lượng tiêu hao

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA KỸ THUẬT Ô TÔ – MÁY ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHAI THÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRANG BỊ TRÊN ĐỘNG CƠ 1KĐ-FTV 3.0 Ô TÔ TOYOTA HILUX

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHAI THÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRANG BỊ TRÊN ĐỘNG CƠ 1KĐ-FTV 3.0 Ô TÔ TOYOTA HILUX

SINH VIÊN THỰC HIỆN : MA VĂN ÚT GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN :T.S NGUYỄN KHẮC TUÂN

Nội dung

 Tổng quan về đề tài nghiên cứu.

 Nghiên cứu cấu tạo hệ thống nhiên liệu động cơ 1KD-FTV 3.0 ô tô Toyota Hilux

 Nghiên cứu khai thác hệ thống nhiên liệu

 Kết luận, kiến nghị

Trang 2

I Tổng quan về đề tài nghiên cứu

1.1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài

- Hiện nay các nhà khoa học đã tìm ra nhiều cách để chế tạo động

cơ mới nhằm giúp cho các động cơ đó hoạt động với quá trình cháy tốt hơn, lượng tiêu hao nhiên liệu ít hơn, cũng như thân thiện với môi trường như động cơ chạy bằng khí ga, động cơ phun xăng điện tử, động cơ common rail, động cơ chạy bằng năng lượng mặt trời, ô tô hybrid…Tuy nhiên ở Việt Nam động cơ diesel vẫn còn đóng một vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của nền kinh tế nói chung và ngành ô tô nói riêng, bởi vì nó có khả năng sinh 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 cơ 1KD-FTV Toyota Hilux giúp chúng ta nắm bắt được những kiến thức cơ bản để nâng cao hiệu quả sử dụng, khai thác sửa chữa

và cải tiến chúng Ngoài ra nó còn 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

1.2 Tổng quan về xe Toyota Hilux

- Toyota Hilux là một dòng xe thương mại hạng nhẹ thuộc dòng xe bán tải, được sản xuất và tiếp thị bởi hãng Toyota Nhật Bản, chiếc xe Hilux đầu tiên được sản xuất vào tháng 3 năm 1968 Năm 1995 Toyota giới thiệu mô hình xe bán 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 xuất hiện lần đầu vào năm 2000 Tính đến năm 2016 Toyota Hilux đã cho ra đời phiên bản thế hệ thứ 8

Trang 4

1.3 Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

a Nhiệm vụ:

- Dự trữ nhiên liệu

- Cung cấp nhiên liệu cho động cơ

b Yêu cầu:

- 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 buồng đốt

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

- Dễ chế tạo, giá thành rẻ

c Phân loại:

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail

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

Trang 6

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

a Hệ thống nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm dãy

- 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 khi piston nằm ở vị trí thấp nhất.

- Piston đi lên nhờ cam 24, lúc đầu nhiên liệu bị đẩy qua các lỗ A, B ra ngoài; khi đỉnh 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 Quá trình cấp nhiên liệu được tiếp diễn tới khi rãnh nghiêng trên đầu piston 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 trong xilanh giảm đột ngột, van cao áp được đóng lại.

Trang 8

b Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm 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 khoan chéo A trên đầu bơm Trong hành trình công tác nhiên liệu nén và phân phối lần lượt 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 chuyển nhiên liệu kiểu phiến gạt được nâng lên một áp suất 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 chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp theo chế độ làm việc của động cơ Loại bơm này có kết 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 liệu Common Rail kết cấu đơn giản hơn ta khảo sát sau

Trang 10

c Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail

EDU

ECU Cạc caím

7

* Nguyên lý hoạt động

- Nhiên liệu được dẫn lên từ bơm nạp đặt trong bơm cao áp, sau đó qua van điều khiển lượng phun tới khoang bơm cao áp và được nén tới áp suất cần thiết Piston trong bơm cap áp tạo ra áp suất phun trong ống Rail, áp suất này thay đổi theo tốc độ động cơ và chế độ tải từ 20MPa ở chế độ không tải đến 135MPa ở chế độ tải cao và tốc độ vận hành cao.

- ECU điều khiển van điều khiển lượng phun để điều chỉnh lượng nhiên liệu 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 cảm biến áp suất nhiên liệu và thực hiện điều khiển phản hồi.

Trang 12

1.3.2 Hệ thống điện tử điều khiển phun nhiên liệu

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

Hệ thống xử lý

Cơ cấu chấp hành

Bộ xử lý

II 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

Hãng sản xuất Toyota Hilux

Loại động cơ 3.0 Diesel Common Rail tăng áp

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

Cơ cấu xupap Dẫn động đai và bánh răng

Hệ thống nhiên liệu Common Rail

Loại nhiên liệu Diesel

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

Trang 14

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 khí của 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 chất lượng nạp và thải (nạp đầy, thải sạch), nhằm tăng công suất động cơ, giảm được lượng khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường Động cơ sử dụng công nghệ Common 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 diesel bằng hệ thống tích luỹ nhiên liệu và điều khiển bằng ECU và

hệ thống tuần hoàn khí xả tạo cho động cơ luôn làm việc ở chế độ an toàn và hiệu quả cao.

2.2 Các bộ phận chính của động cơ 1KD-FTV

 Thân máy và nắp xy lanh

 Cơ cấu phân phối khí

7 8

11

4 14

5

1-Thùng nhiên liệu; 2- Lọc nhiên liệu; 3- Bơm cao áp HP3; 4- Common Rail tích trữ điều áp; 5- Vòi phun; 6- Két làm mát nhiên liệu; 7- Mạch điều

khiển phun nhiên liệu EDU (Electronic Driver Unit); 8- Bộ điều khiển trung

tâm ECU; 9- Đường nhiên liệu cao áp; 10- Đường dầu hồi; 11- Các cảm biến; 12- Van SVC; 13- Van an toàn áp suất; 14- Cảm biến áp suất nối với ECU.

- Bơm cao áp 3 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 Thường thì giống như vị trí đặt bơm phân phối trước đây (của các động cơ cổ truyền) Nhiên liệu sau khi ra khỏi bơm cao áp được vận chuyển vào bộ phận tích luỹ cao áp.

- Ống Rail 4 này là bộ phận tích luỹ cao áp và luôn được cấp nhiên liệu để phục vụ cho việc phun nhiên liệu Nhiên liệu trong ống luôn có áp suất 180MPa để phun vào xylanh vào đúng thời điểm Một

số thành phần của hệ thống Common Rail được đặt trực tiếp trên ống này, như cảm biến áp suất, van điều áp

- Vòi phun 5 có chức năng phun nhiên liệu vào xylanh động

cơ ECU quyết định lượng nhiên liệu được phun, thời điểm phun và điều khiển nam châm điện trong vòi phun, thông qua bộ EDU Nam châm điện này mở vòi phun và nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ khi áp suất tồn tại trong ống tích luỹ cao áp

- Bình chứa nhiên liệu

- Các đường ống nhiên liệu áp suất thấp

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

- Cảm biến lưu lượng khí nạp

- Cảm biến lưu lượng khí nạp

- Cảm biến áp suất đường ống nạp (PIM)

- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (THF)

Trang 20

III NGHIÊN CỨU KHAI THÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU

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

Động cơ diesel làm việc trên nguyên lý phun xăng ở áp suất cao Hệ thống nhiên liệu gồm: phần cung cấp nhiên liệu, phần cung cấp không khí, ngoài ra trên một số động cơ còn có thêm bộ đốt nóng nhiên liệu khi khởi động động cơ Bơm cao áp, vòi phun là bộ phận đóng vai trò quan trọng trong hệ thống nhiên liệu Các dạng hư hỏng thường gặp như sau:

- Hư hỏng bơm cao áp

- Hư hỏng bộ điều tốc

- Các hư hỏng của vòi phun

- Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu

- Các hư hỏng của đường ống dẫn nhiên liệu

- Hư hỏng hệ thống điện tử và các cảm biến

3.2 Cách khắc phục hỏng hóc

a Bơm cao áp

- Bơm cao áp bị hỏng ta thay bơm mới, ta thiết lập giá trị ban đầu, cân

lượng nhiên liệu cung cấp từ bơm cấp liệu.

- Cài đặt giá trị lượng nhiên liệu cung cấp từ bơm cao áp vào ECU sau khi thay mới.

Trang 22

3.3 Phương pháp chẩn đoán

a.Động cơ không khởi động

- Không có nhiên liệu vào xy lanh

- Nhiên liệu phun kém

- Dùng nhiên liệu không đúng loại, chất lượng kém, trong nhiên liệu lẫn nước

- Nhiên liệu vào xi lanh sớm hay quá muộn

- Nhiệt độ và áp suất không khí cuối thì nén không đủ

b Công suất động cơ không đủ

- Nhiên liệu vào xi lanh không đủ

- Nhiên liệu phun vào xy lanh sớm hay muộn

- Nhiên liệu phun kém

- Thời gian phun không bình thường

- Lực cản trên đường hút tăng lên và có đối áp trên đường xả

- Động cơ quá nóng

- Không khí từ xy lanh ở kỳ nén và sản phẩm cháy lọt ra ngoài

c Động cơ làm việc không ổn định

- Thừa nhiên liệu

- Chất lượng phun nguyên liệu kém

- Tình trạng kỹ thuật động cơ kém

e Động cơ xả khói xanh

- Có dầu nhờn lọt vào buồng đốt

f Động cơ xả khói trắng

- Có tiếng nổ trong các xi lanh:

+ Vòi phun kém, có nước trong nhiên liệu

+ Áp suất nén trong xi lanh thấp (độ kín kém)

Trang 24

g Động cơ làm việc có tiếng gõ

- Phát sinh khi trong buồng đốt nhiên liệu hoặc dầu nhờn bốc cháysớm, tạo nên áp suất tăng cao đột ngột trong xi lanh

- Nguyên nhân có thể kim phun bị chảy nhiên liệu, cân bơm không đúng, dầu nhờn lọt vào buồng đốt, xéc măng bị bó kẹt hoặc quá mòn

- Trường hợp khi máy chạy có tiếng gõ to chủ yếu do góc phun dầu sớm lớn Tiếng kêu này khi tăng ga nghe rõ, khi ga lớn thì mất hẳn

h Động cơ quá nóng

- Nguyên nhân chủ yếu là do lò xo cao áp bị hỏng hoặc lò xo pít tông bơm gãy, pít tông bị kẹt một cách gián đoạn

3.4 Bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu

- Bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên (W1)

- Bảo dưỡng sửa chữa định kỳ

+ W2: Tương ứng với 250 giờ hoạt động của động cơ

+ W3: Tương ứng với 1000 giờ hoạt động của động cơ

+ W4: Tương ứng với 2000 giờ hoạt động của động cơ

+ W5: Tương ứng với 8000 giờ hoạt động của động cơ

+ W6: Tương ứng với 24000 giờ hoạt động của động cơ

- Hệ thống nhiên liệu của động cơ cũng tuân theo các qui định về bảo dưỡng và sửa chữa như động cơ Nội dung các công việc trong các kỳ

Trang 26

- Cấp bảo dưỡng sửa chữa W1:

Bộ phận kiểm tra Công việc kiểm tra

Bộ phận xả khí Kiểm tra màu khí xả

Két làm mát khí nạp Kiểm tra đường ống xả nước ở chỗ nước ra

Lọc khí nạp Kiểm tra đường ống xả nước ở chỗ nước ra

Nhiên liệu Kiểm tra mức nhiên liệu

- Các cấp bảo dưỡng sửa chữa W2,3,4: Không tháo động cơ

Đường dẫn khí nạp Kiểm tra các hư hỏng, độ kín mặt

hút

W2,3,4

Hệ thống xả khí Kiểm tra và xả nước W3,4

Lọc khí nạp Vệ sinh W3,4

Đường dẫn khí nạp Kiểm tra khóa đóng khí nạp W3,4

Hệ thống xả khí Kiểm tra các liên kết bulông, sự ngăn

cách của ống xả và tăng áp

W3,4

Bầu lọc thô Vệ sinh W3,4

Bầu lọc kép Xả nhiên liệu thay lõi lọc W3,4

Hệ thống khí nạp Kiểm tra áp lực khí nạp W4

Lọc khí nạp Thay lõi lọc W4

Két làm mát khí nạp Vệ sinh đường ống xả nước W4

Vòi phun cao áp Tháo ra, kiểm tra, thay roăng làm kín, W4

Trang 28

- Cấp bảo dưỡng và sửa chữa W5:

Bộ phận kiểm tra Công việc kiểm tra

Mặt quy lát Giải thể mặt quy lát, cân chỉnh lại vòi phun

Bộ phối khí Tháo gỡ cò mổ và kiểm tra

Ống dẫn khí nạp Giải thể, vệ sinh, thay mới roăng làm kín

Ống xả tiêu âm Vệ sinh thay mới roăng

Két làm mát khí

nạp

Tháo gỡ vệ sinh kiểm tra độ kín

Ống xả Tháo gỡ vệ sinh thay mới roăng làm kín và lớp bảo vệ

Bơm cao áp Tháo gỡ và kiểm tra lưu lượng bơm và độ kín, kiểm tra khớp nối,

thời điểm phun

Bộ cô lập máy Kiểm tra tính hoạt động

- Cấp bảo dưỡng và sửa chữa W6: Nhất thiết phải tháo toàn bộ động cơ

và kiểm tra toàn bộ

IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

4.1 Kết luận

- Nghiên cứu khai thác hệ thống nhiên liệu trang bị trên động cơ 1KD-FTV 3.0 xe ô tô Toyota Hilux giúp em tìm hiểu sâu về kết cấu cũng như đặc tính làm việc của các cụm chi tiết ở hệ thống nhiên liệu Diesel trên một động cơ cụ thể Hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử giúp cho quá trình cháy của động cơ được cải thiện đáng kể, tăng tính kinh tế nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu suất của động cơ Đồng thời nó cũng cho phép giảm bớt các kết cấu cơ khí của động cơ Diesel Do đó việc áp dung hệ thống nhiên liệu điều khiển điện

tử trên động cơ Diesel là đề tài đang được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng bởi sự ô nhiễm môi trường và sự cạn kiệt nhiên liệu đang là vấn đề cấp bách trên toàn cầu

Trang 30

- Đối với hệ thống nhiên liệu Common Rail lượng khí nạp được cảm biến lưu lượng khí nạp nhận giá trị và đưa về ECU, ECU nhận giá trị này cùng với các giá trị từ các cảm biến khác gởi về xử lí và cho ra một lượng nhiên liệu chu trình thích hợp cho từng chế độ tốc độ của đông cơ Do lượng phun được điều khiển chính xác bằng ECU theo sự thay đổi về tốc độ động cơ và tải trọng nên

có thể phân phối đều đến từng xylanh Mặt khác, tỷ lệ khí - nhiên liệu có thể điều khiển tự do (vô cấp) nhờ ECU bằng việc thay đổi thời gian hoạt động của vòi phun (khoảng thời gian phun nhiên liệu) Vì thế hỗn hợp khí - nhiên liệu được phân phối đều đến tất cả các xylanh và tạo ra được tỷ lệ tối ưu Chúng có

ưu điểm trong cả việc kiểm xoát khí xả lẫn tính năng phát huy về công suất Do

đó có thể cấp hỗn hợp khí - nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh.

Trang 32

LỜI CẢM ƠN

- Em xin chân thành cám ơn thầy giáo TS.Nguyễn Khắc Tuân đã giới thiệu cho em một đề tài hay để em có thể học hỏi, nghiên cứu và tìm hiểu sâu hơn về hệ thống thống nhiên liệu động cơ Diesel nhất là hệ thống nhiên liệu Common Rail

- Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS.Nguyễn Khắc Tuân cùng các thầy giáo trong khoa Kỹ thuật ô tô và Máy động lực, trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ em hoàn thành đề tài đồ án này