Trong xu thế hội nhập hiện nay, nền công nghiệp Việt Nam đang đứng những cơ hội đầy tiềm năng và ngành công nghiệp ô tô Việt Nam cũng không ngoại lệ. Ở nước ta số lượng ô tô hiện đại đang được lưu hành ngày một tăng. Các loại ô tô này đều được cải tiến theo hướng tăng công suất, tốc độ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, điện tử hoá quá trình điều khiển và hạn chế mức thấp nhất thành phần ô nhiễm trong khí xả động cơ.Với sự phát triển mạnh mẽ của tin học trong vai trò dẫn đường, quá trình tự động hóa đã đi sâu vào các ngành sản xuất và các sản phẩm của chúng, một trong số đó là ô tô. Nhờ sự giúp đỡ của máy tính để cải thiện quá trình làm việc nhằm đạt hiệu quả cao và chống ô nhiễm môi trường, tối ưu hoá quá trình điều khiển dẫn đến kết cấu của động cơ và ô tô thay đổi rất phức tạp, làm cho người sử dụng và cán bộ công nhân kỹ thuật ngành ô tô ở nước ta còn nhiều lúng túng và sai sót nên cần có những nghiên cứu cụ thể về hệ thống điện tử trên động cơ ô tô.Vì vậy là một sinh viên của ngành động lực sắp ra trường, em chọn đề tài: Khai thác kỹ thuật hệ thống phun dầu diện tử động cơ 2GDFTV (2.4L) xe FORTUNER làm đề tài tốt nghiệp của mình. Em rất mong với đề tài này em sẽ củng cố tốt hơn kiến thức của mình để khi ra trường em có thể đóng góp vào ngành công nghiệp ô tô của nước ta, để góp phần vào sự phát triển chung của ngànhCuối cùng em xin được gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn TS.Dương Quang Minh đã chỉ bảo em tận tình, giúp em vượt qua những khó khăn vướng mắc trong khi hoàn thành đồ án của mình. Bên cạnh đó em cảm ơn các thầy trong khoa đã tạo mọi điều kiện để em hoàn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp này.
Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trong xu hội nhập nay, công nghiệp Việt Nam đứng hội đầy tiềm ngành công nghiệp ô tô Việt Nam không ngoại lệ Ở nước ta số lượng ô tô đại lưu hành ngày tăng Các loại ô tô cải tiến theo hướng tăng công suất, tốc độ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, điện tử hoá trình điều khiển hạn chế mức thấp thành phần nhiễm khí xả động Với phát triển mạnh mẽ tin học vai trị dẫn đường, q trình tự động hóa sâu vào ngành sản xuất sản phẩm chúng, số tơ Nhờ giúp đỡ máy tính để cải thiện trình làm việc nhằm đạt hiệu cao chống nhiễm mơi trường, tối ưu hố q trình điều khiển dẫn đến kết cấu động ô tô thay đổi phức tạp, làm cho người sử dụng cán công nhân kỹ thuật ngành ô tơ nước ta cịn nhiều lúng túng sai sót nên cần có nghiên cứu cụ thể hệ thống điện tử động ô tô 1 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh Vì sinh viên ngành động lực trường, em chọn đề tài: " Khai thác kỹ thuật hệ thống phun dầu diện tử động 2GD-FTV (2.4L) xe FORTUNER " làm đề tài tốt nghiệp Em mong với đề tài em củng cố tốt kiến thức để trường em đóng góp vào ngành cơng nghiệp tơ nước ta, để góp phần vào phát triển chung ngành Cuối em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn TS.Dương Quang Minh bảo em tận tình, giúp em vượt qua khó khăn vướng mắc hoàn thành đồ án Bên cạnh em cảm ơn thầy khoa tạo điều kiện để em hoàn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực Nguyễn Cơng Trình CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIEZEL 1.1 Nhiệm vụ yêu cầu phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu động diezel 1.1.1 Nhiệm vụ - Dự trữ nhiên liệu: Đảm bảo cho động làm việc liên tục thời gian định mà không cần cấp thêm nhiên liệu vào, lọc nước, tạp chất học lẫn nhiên liệu, giúp nhiên liệu luân chuyển dễ dàng hệ thống - Cung cấp nhiên liệu cho động Đảm bảo tốt yêu cầu sau + Lượng nhiên liệu cấp cho chu trình phải phù hợp với chế độ làm việc động + Phun nhiên liệu vào xylanh thời điểm, quy luật 2 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh + Đối với động nhiều xylanh lượng nhiên liêu phun vào xylanh phải đồng chu trình cơng tác - Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động phải đảm bảo kết hợp tốt số lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước tia phun với hình dạng buồng cháy, cường độ phương hướng chuyển động chất buồng cháy để hồ khí hình thành nhanh 1.1.2 Yêu cầu Hệ thống cung cấp nhiên liệu động Diesel phải thoả mãn yêu cầu sau - Hoạt động ổn định, có độ tin cậy tuổi thọ cao - Dễ dàng thuận tiện sử dụng, bảo dưỡng sữa chữa - Dễ chế tạo, giá thành hạ 1.1.3 Phân loại: Dựa vào loại bơm cao áp hệ thống nhiên liệu ta phân loại sơ hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thành loại sau a Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm dãy Bơm cao áp loại bơm gồm nhiều tổ bơm ghép thành khối có vấu cam điều khiển nằm thân bơm điều khiển chung 3 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm dãy 1: Thùng chứa nhiên liệu Cốc lọc; Bơm tay.4 Bơm cao áp Bầu lọc tinh Ống dầu cao áp 7: Vòi phun 8: Buồng cháy * Nguyên lý hoạt động: Khi khởi động động cơ, trục cam dẫn động bơm chuyển vận (3) hút nhiên liệu từ thùng chứa (1) đẩy qua bầu lọc (5) để cấp nhiên liệu cho bơm cao áp (4) Số tổ bơm cao áp số xylanh động cơ, tổ bơm cung cấp nhiên liệu qua đường ống cao áp (6) tới vòi phun (7) để phun nhiên liệu vào buồng cháy (8) Nhiên liệu rò qua khe hở thân kim phun vòi phun tổ bơm theo đường ống thấp áp trở thùng chứa Để hệ số nạp tổ bơm ổn định, khơng gián đoạn q trình cấp nhiên liệu nhiên liệu vào xylanh bơm cao áp khơng lẫn khơng khí + Khơng khí lẫn hệ thống nhiên liệu nguyên nhân sau: − Khơng khí hịa tan nhiên liệu tách áp suất thay đổi đột ngột − Không khí trời lọt qua đoạn ống khơng kín, đặc biệt khu vực mà áp suất nhiên liệu thấp áp suất khí trời + Một số biện pháp để tách khơng khí khỏi nhiên liệu hệ thống: − Nhiên liệu tuần hoàn liên tục từ thùng chứa, qua bầu lọc, qua bơm cao áp, qua van tràn đường ống tràn thùng chứa Sự tuần hồn khơng khí hệ thống đưa thùng chứa, khơng khí tách khỏi nhiên liệu − Trước khởi động máy, dùng bơm tay bơm dầu thật căng giữ nguyên bơm tay sau nới lỏng ốc xả gió bầu lọc cho khơng khí tràn ngồi, siết chặt ốc xả gió lại, tiếp tục bơm lại xả đền hét khơng khí thơi Làm tương tự để xả khơng khí bơm cao áp ốc xả gió thân bơm Bơm tay lắp song song với bơm chuyển vận sử dụng để bơm nhiên liệu vào hệ thống máy ngừng hoạt động lâu ngày, nhiên liệu hệ thống đường ống bị rị qua chỗ khơng kín khít Sau phải khóa bơm tay lại khởi động động b Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm phân phối 4 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh 10 B 11 12 A C Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm cao áp loại bơm phân phối 1- Thùng chứa nhiên liệu; 2,4- Bơm tiếp vận; 3- Bầu lọc tinh; 4- Van điều áp; 6- Vòi phun; 7- Buồng cháy; 8- Bơm cao áp phân phối; 9- Van cao áp; 10- Piston; 11- Lỗ đưa nhiên liệu đến vòi phun; 12- Vành điều lượng Bơm phân phối khác với bơm nhánh chỗ cần đôi piston-xylanh đảm bảo cung cấp nhiên liệu cho xylanh Piston vừa tịnh tiến, vừa xoay Với động có i xylanh piston chuyển động tịnh tiến i lần chu kỳ động cơ, piston xoay đủ vòng − Lỗ nạp nhiên liệu: đưa nhiên liệu từ bơm tiếp vận vào xylanh bơm cao áp − Thân xylanh có rãnh dẫn nhiên liệu cao áp vào lỗ B − Piston gồm: + Phần hình trụ để tạo áp suất cao + Phần hình trụ có xẻ rãnh dọc, rãnh áp vào lỗ đến vịi phun nhiên liệu cao áp đưa đến vòi phun * Nguyên lý hoạt động: Khi piston chuyển động xuống dưới, nhiên liệu từ bơm tiếp vận qua lỗ A nạp vào xylanh Khi piston lên trên, phần nhiên liệu thoát qua lỗ A, đỉnh piston bắt đầu đóng lỗ A, áp suất nhiên liệu bắt đầu tăng, áp suất tăng cao mở 5 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh van cao áp (9), nhiên liệu theo đường cao áp vào lỗ B, vào xylanh chứa phần hình trụ Chuyển động xoay trịn piston xảy đồng thời với chuyển động tịnh tiến, rãnh dọc áp vào lỗ đến vịi phun lỗ nhận nhiên liệu cao áp Để điều chỉnh lượng nhiên liệu chu kỳ, người ta thay đổi vị trí vành điều lượng (12), mặt vành điều lượng (12) che kín lỗ C khơng có nhiên liệu cao áp ngồi Khi piston chuyển động lên, đến lúc đó, mép làm hở lỗ C, lúc nhiên liệu cao áp từ đỉnh piston theo lỗ dọc, xuống lỗ C ngồi Khi áp suất xylanh giảm đột ngột, trình phun nhiên liệu chấm dứt Khi nâng vành điều lượng (12) lên mép sớm mở lỗ C, nhờ giảm lượng nhiên liệu cung cấp c Hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail 6 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh 12 10 11 13 14 15 16 17 18 19 Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail 1- Thùng chứa; 2- Ống tản nhiệt: 3- Bộ lọc: 4- Van đóng mở(theo nhiệt độ): 5-Bơm chuyển nhiên liệu; 6- Van điều áp suất thấp: 7- Van điều áp suất cao: 8- Đường ống dự trữ: -Cảm biến áp suất nhiên liệu: 10-Bơm cao áp: 11- ECU: 12-Kim phum: 13- Bơm điện: 14- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát: 15- Cảm biến vị trí trục khuỷu: 16- Cảm biến áp suất: 17- Cảm biến vị trí trục cam: 18- Cảm biến vị trí bàn đạp ga: 19- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu Nguyên lý: Nhiên liệu có áp suất cao bơm vào ống phân phối để từ cung cấp cho kim phun Nhiên liệu từ thùng chứa bơm qua bơm điện vào lọc qua bơm chuyển qua van điều áp vào bơm cao áp 10 nhiên liệu áp suất cao bơm vào ống dự trữ qua van điều chỉnh áp suất Tại đường ống phân phối có đường ống cao áp nối tới kim phun để phun nhiên liệu vào buồng đốt động trình phun nhiên liệu điều khiển ECU ECU nhận tín hiệu từ cảm biến (cảm biến tốc độ, cảm biến vị trí trục cam, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến áp suất…) sau xử lý tín hiệu đầu vào ECU đưa tín hiệu điều khiển kim phun Hệ thống nhiên liệu động diesel không ngừng cải tiến với giải pháp kỹ thuật tối ưu nhằm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiệm môi trường suất 7 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh tiêu hao nhiên liệu Các nhà khoa học nghiên cứu đề nhiều biện pháp khác kỹ thuật phun tổ chức tốt trình cháy nhằm giới hạn chất nhiệm Các biện pháp đưa nhằm giải vấn đề sau: - Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng tăng tốc hịa trộn nhiên liệu- khơng khí - Tăng áp suất phun, đặc biệt động phun trực tiếp - Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh trình phun để làm giảm HC - Biện pháp hồi lưu phận khí xả ( ERG: Exhaust Gas Recirculation) Hiện nay, nhược điểm HTNL diesel khắc phục dần cách cải tiến phận hệ thống nhiên liệu như: Bơm cao áp, vịi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, ứng dụng điều khiển tự động nhờ phát triển công nghệ Trong động diesel đại, áp suất phun thực cho vòi phun cách riêng lẽ, nhiên liệu áp suất cao chứa ống tích trữ hay cịn gọi “ ống phân phối ” phân phối đến vịi phun theo u cầu Đó HTNL common rail diesel Hệ thống Common Rail bao gồm thành phần sau: − Kim phun điều khiển van điện từ (solenoid) gắn vào nắp máy − Ống tích trữ nhiên liệu (ống phân phối áp lực cao) − Bơm cao áp (bơm tạo áp suất cao) Các thiết bị sau cần cho hoạt động điều khiển hệ thống − ECU − Cảm biến tốc độ trục khuỷu − Cảm biến tốc độ trục cam − Cảm biến bàn đạp ga Kim phun nối với ống tích nhiên liệu áp suất cao (rail) đường ống ngắn Kết hợp với đầu phun van điện từ cung cấp điện qua ECU Khi van solenoid khơng cấp điện kim ngừng phun Nhờ áp suất phun không đổi, lượng nhiên liệu phun tỷ lệ với độ dài xung điều khiển solenoid Yêu cầu mở nhanh solenoid đáp ứng việc sử dụng điện áp cao dòng lớn Thời điểm phun điều khiển hệ thống điều khiển góc phun sớm Hệ thống dùng cảm biến trục khuỷu để nhận 8 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh biết tốc độ động cơ, cảm biến trục cam để nhận biết kỳ hoạt động Lợi ích vịi phun common rail làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu phun với áp suất cao đồng thời kết hợp hệ thống điều khiển điện tử để kiểm soát lượng phun, thời điểm phun cách xác Do làm hiệu suất động tính kinh tế nhiên liệu cao + So với hệ thống cũ dẫn động trục cam hệ thống nhiên liệu Common Rail linh hoạt việc đáp ứng thích nghi để điều khiển phun nhiên liệu cho động diesel như: - Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch, khách,tải nhẹ, tải nặng, xe lửa tàu thủy) - Áp suất phun đạt đến 1350 bar - Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động động - Có thể thay đổi thời điểm phun Phun nhiên liệu chia làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun phun kết thúc Các giai đoạn phun sơ khởi làm giảm thời gian cháy trễ phun thứ cấp tạo cho q trình cháy hồn thiện Với phương pháp áp suất phun lên đến 1350 bar thực thời điểm lúc động tốc độ thấp Qua ta thấy hệ thống nhiên liệu common rail có ưu điểm sau · Tiêu hao nhiên liệu thấp · Phát thải ô nhiễm thấp · Động làm việc êm dịu, giảm tiếng ồn · Cải thiện tính động Thiết kế phù hợp để thay cho động Diesel sử dụng.Tức việc bố trí thành phần lắp đặt chúng động phù hợp với động tồn Động Diesel hệ “cũ”, trình làm việc hệ thống cung cấp nhiên liệu tạo tiếng ồn lớn Khi khởi động tăng tốc đột ngột lượng khói đen thải lớn Vì làm tiêu hao nhiên liệu ô nhiễm cao Ở HTNL common rail áp suất phun lên đến 1350 bar, phun thời điểm, chế độ làm việc động lúc thấp tốc mà áp suất phun không thay đổi Với áp suất cao, nhiên liệu phun tơi nên trình cháy 9 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh Ngoài ưu điểm trội nêu hệ thống nhiên liệu common rail cịn tồn số nhược điểm sau: · Thiết kế chế tạo phức tạp địi hỏi có ngành cơng nghệ cao · Khó xác định lắp đặt chi tiết common rail động cũ 1.2 Sự hình thành hỗn hợp khơng khí nhiên liệu buồng cháy động Diezel Tính kinh tế động Diesel, tiếng ồn ứng suất cấu trục khuỷu truyền phụ thuộc nhiều vào tốc độ biến thiên hóa nhiên liệu thành nhiệt Diễn biến thời gian cấp nhiên liệu, tính chất nhiên liệu có ý nghĩa định tới tốc độ phản ứng hóa học, q trình tạo hỗn hợp nhiên liệu khơng khí Vì để q trình cháy diễn cách hiệu ta cần điều chỉnh thật tốt chùm tia nhiên liệu buồng cháy Diễn biến thời gian tạo hỗn hợp điều khiển kết cấu buồng cháy cách phân chia nhiên liệu thành hạt nhỏ mịn kết hợp với xoáy lốc khơng khí để tạo tối ưu trình cháy nhiên liệu buồng cháy động Ở động Diesel hỗn hợp nhiên liệu khơng khí hình thành bên xy lanh động khoảng thời gian ngắn Tính theo góc quay trục khuỷu, 1/10 đến 1/20 so với trường hợp động xăng Ngồi nhiên liệu động Diesel lại khó bay động xăng nên nhiên liệu phải phun thật tơi hoà trộn thật khơng gian buồng cháy q trình cháy thạt hiệu Vì phải tạo điều kiện để nhiên liệu sấy nóng, bay nhanh hồ trộn với khơng khí buồng cháy nhằm tạo hỗn hợp tốt Mặt khác phải đảm bảo cho nhiệt độ khơng khí buồng cháy thời gian phun nhiên liệu phải đủ lớn để hỗn hợp không khí nhiên liệu tự bốc cháy Quy luật cháy tỏa nhiệt động có ý nghĩa định tới thông số áp suất cháy, hiệu suất nhiệt, công suất, thành phần chất độc khí thải động Trong quy luật phun nhiên liệu có ý nghĩa định tới chất lượng phun sương mù khả bốc nhiên liệu buồng cháy Quá trình hình thành hỗn hợp trình bốc cháy nhiên liệu động Diesel chồng chéo lên nhau, xảy liên tục Sau phun nhiên liệu buồng cháy 10 10 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh γr / a //v M xz + β + a v M1 (1 − x z ) // a vz = γr M2 xz + β + M1 (1 − x z ) 0,0300342 20,956333.0,7735893 1 + + 19,839542.0,7419643(1 − 1) 1,0426233 = = 20,956333 0,0300342 0,7735893 1 + + 0,7419643(1 − 1) 1,0426233 γr / b //v M xz + β + b v M1 (1 − x z ) // b vz = γr M2 xz + β + M1.(1 − x z ) 0,0300342 0,0055029.0,7735893 1 + + 0,0042283.0,7419643 (1 − 1) 1,0426233 = = 0,0055029 0,0300342 0,7735893 1 + + 0,7419643(1 − 1) 1,0426233 72 72 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh Nhiệt độ cực đại chu trình Tz (K): β z bvz// 1,0413805.0,0055029 A= = = 0,0028653 2 B = β z (avz// + 8,314) = 1,0413805(20,956333 + 8,314) = 30,482 / bv/ Tc ξ z QH C=− − av + + 8,314.λ .Tc M (1 + γ r ) = 0,85.42530 0,0042283.933,04703 − 19,839542+ + 8,314.1,8 .936,236 = -81616.99931 0,7419643.(1 + 0,0300342) Ta có phương trình bật hai ⇔ AT z2 + BTz + C = 0,0028653.T 2z +30,482.Tz - 81616.9993 = Tz1= -12854 Tz2= 2216 Chọn Tz = 2216 (K) Áp suất cực đại chu trình pz pz= pc.λ = 4,6609455.1,8 = 8,3897019 (MN/m2) d Tính q trình giản nở: Tỷ số giản nở sớm β T ρ= z z λ Tc (động diesel) = 1,0413805 2216 = 1,3740437 1,8 933,04703 Tỷ số giản nở sau: δ = ε 18 = = 13,10002 ρ 1,3740437 Kiểm nghiệm lại trị số n2: Chọn trước n2 = 1,24546 theo công thức n2 − = 8,314 (ξ b − ξ z ).(QH − ∆QH ) b// + a//vz + z (Tz + Tb ) M 1(1+ γ r ).β.(Tz − Tb ) 73 73 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh 8,314 = (0,85 − 0,85)(0 − 42530 ) 0,0055029 + 20,956333 + (2216 + 1178,4517) 0,7419643(1 + 0,0300342 ).1,04113805 (2216 − 1178,4517) = 0,2454688 Trong Tb = = 1178,4517 Tz δ n2 −1 Nhiệt độ cuối trình giản nở Tb (K) T 2216 Tb = nZ2 −1 = = 1178,4517 δ 13,10002(1, 2454688−1) (K) Áp suất cuối trình giản nở pb (MN/m2): pb = pz 8,3897019 = = 0,3405801 n2 13,100021, 2454688 δ (MN/m2) Kiểm lại nhiệt độ khí sót p Trtinh = Tb r pb Sai số m −1 m 0,104 = 1178,4517. 0,3405801 1, −1 1, = 793,56621 Trtãnh − Trcho = 11,79059903% < 15% Tr 3.2 Tính tốn thơng số bơm cao áp: Những kích thước bơm cao áp (đường kính pít tơng bơm cao áp hành trình có ích Vct dp , ) xác định theo lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình động chạy chế độ cơng suất cực đại Đặc điểm bơm cao áp động 2GD-FTV loại bơm đặc biệt Bơm tổ hợp bơm pít tơng ghép hình lệch 120 độ Ngồi bơm hoạt động ln cung cấp nhiên liệu có áp suất cao lên ơng phân phối cấp vào cho xy lanh riêng biệt nên tính tốn lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình phải ý 74 74 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh Ta có cơng thức tính lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình tính theo đơn vị thể tích cơng tác xylanh sau: [mm3/lít] η vct = 95 v α ηv α [3.9] - Hệ số nạp, xác định phần tính tốn nhiệt, - Hệ số dư lượng khơng khí, α = 1,5 η v = 0,8496752 Thay vào công thức (3.9), ta được: vct = 95 0,8496752 = 53,8128 1,5 [mm3/lít] Lượng nhiên liệu cung cấp cho xi lanh chu trình: [3.10] Vct = vct Vh Trong đó: Vh - Thể tích cơng tác xylanh, [lít] Vh = π D S Với: D: đường kính xylanh động D = 92 [mm] S: hành trình piton Vh = 3,14.92 90 S = 90 [mm] = 597981,6 [mm3] = 0,5979 [l] Thay vào (3.10), ta được: Vct = 53,8128.0,5979 = 32,1746 [mm3] Với hệ thống nhiên liệu thường, sử dụng bơm cao áp loại bơm dãy, tổ bơm cung cấp lượng nhiên liệu chu trình cho xylanh tương ứng Vì đường kính piston bơm cao áp xác định theo công thức: 75 75 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh [mm] [3.11] Vct 6.nc dp = k π ϕ p η c C p Trong đó: k- Hệ số đánh giá tỷ số tốc độ cung cấp nhiên liệu cực đại với tốc độ trung bình, k = 1,2 ÷ 1,5 Chọn k = 1,4 - Góc phun nhiên liệu, xác định từ điều kiện đảm bảo cho động ϕp chạy chế độ thiết kế tốn nhiên liệu Trên thực tế, vượt chọn ϕ p = 20o ηc , - Hệ số cung cấp, Cp 30 ÷ 35o ηc = 0,75 ÷ 0,85 , ta chọn η c = 0,75 - Tốc độ lớn piston bơm cao áp Bơm cao áp dẫn động đĩa lệch tâm, ta coi dạng cam lồi, ta chọn hệ số tốc độ C o = 1,5 Với số vòng quay trục cam (trục bơm): n 3400 nc = = = 1700 2 [v/ph] Tốc độ lớn piston bơm cao áp cp: C p = 0,001.C o nc = 0,001.1,5.1700 = 2,55 [m/s] = 2550 [mm/s] [11] Tuy nhiên hệ thống nhiên liệu Common rail khảo sát, bơm cao áp gồm tổ bơm tạo áp suất cao đường ống chung Ta tính tốn đường kính piston hành trình có ích tổ bơm cho trục bơm quay vịng bơm cao áp cung cấp lượng nhiên liệu chu trình cho xylanh Hơn hệ thống nhiên liệu common rail bơm cao áp ln cung cấp nhiên liệu vào ống phân phối nên lueoengj nhiên liệu cung cấp cho chu trình lớn nhiều so 76 76 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh với loại bơm dãy ta chọn hệ số trữ 1.4 lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình thực tế bơm Vct = 32,1746.1,4 = 45,0444 [mm3] Từ cơng thức (3.11), ta suy cơng thức tính đường kính piston bơm cao áp trường hợp sau: [3.11] 4.V 6.nc dp = k ct 3π ϕ p η c C p [mm] 4.45,0444 6.1700 1,4 = 5,3444 3.3,14 20 0,75.2550 dp = Để đơn giản cho việc gia công, sản xuất hàng loạt, ta chọn dp = [mm] Đối với hệ thống nhiên liệu thường, hành trình có ích pít tơng bơm cao áp xác định theo công thức: V = ct f p η c [mm] [3.12] Trong đó: fp - Tiết diện đỉnh piston bơm cao áp, [mm2] π d 3,14.( 5) fp = = = 19,625 4 p [mm2] [3.13] Tuy nhiên, với lập luận trên, hành trình có ích bơm cao áp trường hợp tính theo cơng thức sau: = 4.Vct f p η c 4.45,0444 = = 4,08 3.19,625.0,75 Chọn = [mm] [mm] 77 77 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh 3.3 Tính tốn thơng số vịi phun.: Những thơng số vịi phun phải đảm bảo tốc độ phun nhiên liệu thích hợp đạt áp suất phun cần thiết Để tính tốn ta coi vịi phun khảo sát vịi phun kín tiêu chuẩn, tốc độ phun nhiên liệu lớn chu trình là: Qk max [3.14] V dV = ct = k ct 6.n ϕp dt max Trong đó: k- Hệ số cung cấp lớn nhất, k = 1,4 Vct - Lượng nhiên liệu cấp cho chu trình động hoạt động chế độ thiết kế, Vct = 45,0444 ϕp [mm3] - Khoảng thời gian cấp nhiên liệu theo góc quay trục khuỷu Chọn ϕ p = 20 o Thay vào (3.14), ta có tốc độ phun nhiên liệu lớn chu trình: Qk max = 1,4 45,0444 6.3400 = 64323,4 20 [mm3/lít] ≈ 64,3234 [cm3/lít] Tổng tiết diện lưu thơng lỗ phun xác định theo cơng thức sau: ∑µ f 1 = Qmax [3.15] ρ nl 2.( p p − p z ) Trong đó: δ nl ρp - Khối lượng riêng nhiên liệu, ρ nl = 0,85.10 −3 [kg/cm3] - Áp suất vòi phun, mà áp suất thân vòi phun áp suất ống phân phối nên áp suât thân vòi phun 1350 bar hay Mà bar = 105 [N/m2] = 0,1 [MN/m2] hay p p = 135 p p = 1350 bar [MN/m2] 78 78 Đại học CN Giao Thông Vận Tải pz - Áp suất cháy, xác định phần tính tốn nhiệt, p z = 8,3897019 µ1 GVHD: TS Dương Quang Minh [MN/m2] - Hệ số lưu lượng, µ1 = 0,65 Thay vào cơng thức (3.15), ta có: [cm2] = 0,11784 [mm2] ∑ µ1 f1 = 64,3234 0,85.10 −3.10 −4 = 11,784.10 − 2.(135 − 8,3897019 ) Diện tích tiết diện lưu thơng lỗ vịi phun: µ f ∑ f = ∑µ 1 1 ∑f = 0,11784 = 0,181 0,65 [mm2] vịi phun có lỗ phun nên ta có tiết diện lưu thơng lỗ phun f1 = 0,181 = 0,0362 [mm2] Đường kính tính tốn lỗ phun dlt = 4.f1 π thay số ta có dlt = 4.0,0362 3,14 = 0,214 [mm] 79 79 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh CHƯƠNG 4: NHỮNG HƯ HỎNG VÀ BIỆN PHÁP KIỂM TRA BẢO DƯỞNG , SỬA CHỮA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2GD-FTV Khắc phục hư hỏng có nghĩa sửa chữa hư hỏng cách loại trừ nguyên nhân Sau xem xét ngun nhân cịn lại để đến kết luận xác Phương pháp nhanh xác nhiều so với việc đoán hay điều chỉnh sửa chữa ngẫu nhiên Động 2GD-FTV dùng thiết bị chuẩn đoán máy chuẩn đoán WDS, IDS kết nối qua cổng DLC Phương pháp lập trình Module Trung Tâm dựa sở: Tất liệu điều khiển nạp vào điều khiển GEM tất liệu truyền đến điều khiển khác thơng qua đường truyền CAN Phương pháp lập trình Module Trung Tâm khác với phương pháp lập trình truyền thống là:Tất liệu không lấy từ WDS mà lấy từ điều khiển GEM truyền đến điều khiển PCM Máy chuẩn đoán đóng vai trị thành viên giám sát cho trình lập trình Module Trung Tâm thực Các hư hỏng hay gặp hệ thống nhiên liệu nói chung 4.1 Khói đen Khói đen chứa cacbon nhiên liệu không cháy, kết cháy khơng hồn tồn hệ số α q nhỏ (tức hỗn hợp đậm), từ chất tượng nguyên nhân sau (1) Phun nhiên liệu nhiều Đây kết việc cháy khơng hồn tồn, tức có q nhiều nhiên liệu phun vào xylanh, khơng có đủ khí để cháy hết, nên nhiên liệu lại thải khí xả làm khí có màu đen 80 80 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh Khắc phục: Cảm biến trục phân phối bị sai, lò xo điều khiển trục phân phối bị yếu (2) Thời gian phun sớm Nếu thời điểm phun sớm, nhiên liệu phun trước áp suất nhiệt độ khí buồng cháy tăng đủ cao để bốc cháy Nhiên liệu phun vào giai đoạn làm hỗn hợp khí nhiên liệu đậm vài vùng buồng cháy Kết là, hỗn hợp khí- nhiên liệu vùng đậm cháy khơng hồn tồn khí xả có mụi than Khi tượng nảy ra, thường kèm với tiếng gõ động Khắc phục: Kiểm tra van điện từ điều khiển thời điểm phun, cảm biến vị trí vành cam (3) Áp suất phun thấp (do vòi phun) Khi làm việc áp suất phun nhiên liệu thấp khơng thể hình thành tia phun tốt chất lượng hóa sương nhiên liệu xấu khơng tơi làm cho hỗn hợp hịa trộn khơng đồng dẫn đến cháy khơng triệt để, khí thải có màu đen, cơng suất động giảm động làm việc xấu số vòng quay thấp + Khắc phục thực theo bước sau: - Kiểm tra điều chỉnh kim phun nhiên liệu - Kiểm tra tình trạng phun nhiên liệu: Sử dụng thiết bị chuyên dùng máy chuẩn đoán IDS để kiểm tra áp suất phun lượng phun đồng xilanh Hơn lập trình điều khiển PCM IDS, đồng thời phải định dạng ln vịi phun Cơng việc hiệu chỉnh vịi phun cách sử dụng WDS để nhập 16 ký tự vòi phun vào điều khiển PCM theo thứ tự xilanh (4) Có khơng khí hệ thống nhiên liệu động Nếu có khơng khí bị hút vào hệ thống nhiên liệu động bắt đầu chạy không ổn định, đứt đoạn, công suất giảm sút Khi khí thải có màu đen đục động khó khởi động Dấu hiệu đặc trưng việc lọt khơng khí vào hệ thống nhiên liệu dòng nguyên liệu từ đường ống vào khơng liên tục Muốn xác định xem có khơng khí bị hút vào hệ thống nhiên liệu hay khơng cần mở nới nút xả khơng khí bình lọc nhiên liệu, có khơng khí hệ thống nhiên liệu lúc kiểm 81 81 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh tra có nhiên liệu hịa lẫn với bọt khí chảy ngồi Muốn xác định chỗ khơng khí lọt vào hệ thống nhiên liệu, phải quan sát ống nhiên liệu chỗ nối ống Nếu phát nhiên liệu chảy đường ống phía trước bơm nhiên liệu lúc tắt máy, khẳng định chỗ hút khơng khí vào hệ thống nhiên liệu máy chạy Sau kiểm tra, cần vặn chặt tất khớp nối ống dẫn nhiên liệu vào chỗ bắt dụng cụ kiểm tra hệ thống đường ống Nếu sau kiểm tra vặn chặt, cịn khơng khí lọt vào phải thử độ kín hệ thống nhiên liệu Lúc thử độ kín hệ thống nhiên liệu, phải làm theo trình tự sau: - Phải tháo ống nhiên liệu khỏi thùng chứa nút kín đường ống lại - Tháo đường nhiên liệu sau bầu lọc tra vào dụng cụ thử qua ống mềm - Kiểm tra, nơi có nhiên liệu chảy rị nơi bị hỏng đường ống nhiên liệu - Cần sửa chữa chỗ hở phát cách hàn vảy, rà lại chỗ tiếp xúc khớp nối thay chi tiết khác 4.2 Khói trắng Khói trắng thường xảy động khởi động Do nhiệt độ bên thấp, nhiên liệu phun điều kiện cháy nhiệt độ tương đối thấp, nhiệt độ buồng cháy khơng tăng cao đủ để cháy hồn tồn Vì vậy, nhiên liệu khơng cháy (hiđrocacbon) xã ngồi dạng hơi, gây khói trắng hay xanh da trời Hiện tượng nguyên nhân sau: (1) Thời điểm phun trễ Nếu thời điểm phun trễ, nhiên liệu phun sau piston qua điểm chết trên: Kết áp suất buồng cháy giảm phần nhiên liệu khơng cháy xã ngồi, sinh khói trắng Hiện tượng đồng thời xảy với công suất động giảm (2) Hệ thống sấy nhiên liệu liệu hỏng Nếu hệ thống sấy nhiên liệu hỏng, nhiệt độ buồng cháy tăng đủ cao để cháy nhiên liệu Vì vậy, phần nhiên liệu phun vào không cháy mà thải ngồi, sinh khói trắng Hiện tượng xẩy kèm với động khó khởi động 82 82 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh 4.3 Bơm cao áp bị hỏng (1) piston - xylanh bơm bị mòn Động sử dụng lâu ngày tính bơm cao áp bị sai lệch Điều làm giảm cơng suất, giảm tiêu kinh tế động cơ, ngồi cịn làm cho máy khó khởi động lượng ngun liệu bơm cung cấp cho động chu trình bị giảm thời điểm cung cấp nhiên liệu thay đổi (2) Van điều áp suất bơm cao áp bị hỏng Van điều tiết áp suất bơm cao áp dùng để điều tiết áp suất nhiên liệu vào bơm chuyển nhiên liệu, không điều khiển áp suất đến van lưu lượng được, dẫn đến động công suất 4.4 Bộ lọc bị tắc, có nước nhiên liệu Bộ lọc dùng để khử tạp chất học lẫn nhiên liệu vào bơm chuyển nhiên liệu, lọc bị tắc làm nhiên liệu vào bơm cao áp không đủ, công suất động giảm động bắt đầu nổ khơng đều, đứt qng Lượng nước có nhiên liệu cảm biến báo cho PCM biết Khắc phục: Kiểm tra tình trạng lọc thơng qua cảnh báo lọc, cần thay lọc 4.5 Nhiên liệu rò lỗ vòi phun Nếu vòi phun làm việc bình thường lần phun, lỗ phun phải khơ Nếu vịi phun phun sương mù khơng tốt sau phun có giọt nhiên liệu đọng lại lỗ phun, chứng tỏ nhiên liệu rị qua lỗ vịi phun Trường hợp cơng suất động giảm, tốn nhiều nhiên liệu, máy nóng q khí thải có nhiều khói đen.Nhiên liệu rị qua lỗ vịi phun van kim khơng tì khít lên đế van, cần phải khử bỏ vết gỉ mặt tì hình van kim đế van 4.6 Máy lì + Nguyên nhân áp suất dầu ống phân phối không đủ lớn Cần kiểm tra lọc dầu Kiểm tra bơm điện Kiểm tra đường ống Kiểm tra van điều áp.Kiểm tra cảm biến áp suất nhiên liệu + áp suất khí nạp không đủ lớn Kiểm tra đường ống nạp.Kiểm tra turbo tăng áp.Kiểm tra đo gió 83 83 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh 4.7.Máy bị tắt đột ngột Kiểm tra kim phun Kiểm tra van điều áp Kiểm tra cảm biến áp suất nhiên liệu ống phân phối 4.8 Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên liệu động diesel 4.8.1 Bảo dưỡng kỹ thuật cấp Dùng mắt kiểm tra tình trạng phận thuộc hệ thống cung cấp nhiên liệu, độ kín khít mối nối, cần khắc phục hư hỏng Kiểm tra làm việc van tắt máy điện mà dẫn động cấu dẫn động bàn đạp ga điều chỉnh lưu lượng nhiên liệu máy chuẩn đoán WDS 4.8.2 Bảo dưỡng kỹ thuật cấp hai Kiểm tra độ kẹp chặt độ kín khít thùng chứa nhiên liệu, ống dẫn nhiên liệu, bơm cao áp, vòi phun, bầu lọc cấu dẫn động bơm Kiểm tra dịng chảy nhiên liệu cần xả nhiên liệu cho khơng khí lẫn hệ thống ngồi Khởi động cho động làm việc điều chỉnh số vòng quay nhỏ trục khuỷu chế độ chạy không tải Kiểm tra làm việc động cơ, bơm cao áp, xem khí xả có hợp lý không Tháo bầu lọc thay lọc 4.8.3 Bảo dưỡng kỹ thuật theo mùa Cần xả hết cặn thùng chứa dầu, làm vệ sinh thùng Tháo vòi phun hiệu chỉnh áp suất nâng kim phun đồng xilanh, máy chuẩn đoán 4.8.4 Các hư hỏng hệ thống điện tử Các tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát thấp cao Các cảm biến vị trí trục khuỷu, trục cam, lưu lượng khí nạp Hỏng mạch điều khiển trục bơm làm cho trục bơm ln ln vị trí cấp nhiên liệu thấp cao Các van điện từ ngưng làm việc, rơ-le không làm việc, đường truyền bị ngắt mạch, điện áp cung cấp khơng xác ổn áp không làm 84 84 Đại học CN Giao Thông Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh việc Trong mạch điều khiển này, hư hỏng chủ yếu cảm biến đường truyền để khắc phục hư hỏng ta dùng máy chuẩn đoán kết nối vào cổng giao tiếp Kết luận Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail ngày dùng rộng phương tiện giao thơng, góp phần tạo nên bước ngoặt cho ngành ôtô động nhiệt Hệ thống nhiên liệu Common Rail có khả tạo nhiên liệu tốt phun nhiên liệu với áp suất cao khoảng 1600 bar Nhiên liệu cháy hồn tồn, khơng tạo sản phẩm phụ khác, tạo khói, tạo muội than nên vấn đề nhiễm khơng khí cải thiện nhiều Lượng khí nạp cảm biến lưu lượng khí nạp nhận giá trị đưa PCM, với giá trị từ cảm biến khác gởi PCM xử lí cho lượng nhiên liệu thích hợp cho chế độ tốc độ động Do lượng phun điều khiển xác PCM nên phân phối đến xy lanh nhiên liệu điều khiển nhờ PCM việc thay đổi thời gian hoạt động việc phun, tạo tỷ lệ tối ưu Về mức độ gây ô nhiễm, với đặc điểm phun hai lần phun sơ khởi phun chính, đặc tính hệ thống phun cải thiện có tác dụng không ồn giảm độ độc hại khí thải Ngồi cịn có giai đoạn phun thứ cấp thực nhờ hệ thống luân hồi khí thải có tác dụng làm giảm nồng độ NOx khí thải 85 85 Đại học CN Giao Thơng Vận Tải GVHD: TS Dương Quang Minh Về suất tiêu hao nhiên liệu chân ga trạng thái tự việc phun nhiên liệu bị loại bỏ động sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail nên làm giảm tiêu hao nhiên liệu so với động diesel ngun thủy Tóm lại, q trình cháy hệ thống Common Rail cải thiện đáng kể, tăng tính kinh tế nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu suất động Ở tốc độ chế độ tải trọng động cơ, lượng nhiên liệu cung cấp xác liên tục nhờ việc kiểm sốt khí thải PCM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Bình, Nguyễn Tất Tiến “Nguyên lý Động đốt trong” Nhà xuất giáo dục, năm 1994 [2] Nguyễn Bốn, Hoàng Ngọc Đồng “Nhiệt kỹ thuật” Nhà xuất giáo dục, năm 1999 [3] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến “Kết cấu tính tốn Động đốt trong, Tập 1” Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, năm 1979 [4] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến “Kết cấu tính tốn Động đốt trong, Tập 2” Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, năm 1979 [5] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến “Kết cấu tính tốn Động đốt trong, Tập 3” Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, năm 1979 86 86 ... cấp cho vòi phun 2.3 Hệ thống phun dầu điện tử dộng 2GD- FTV 2.3.1 Sơ đồ hệ thống phun dầu điện tử động 2GD- FTV 2.3.1.1 Sơ đồ hệ thống e d c b a 14 10 11 13 12 ECU Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống cung... THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ ĐỘNG CƠ 2GD- FTV 2.1 Đặc điểm Hình 2.1 Động 2GD- FTV Động 2GD- FTV động Diesel sử dụng công nghệ phun nhiên liệu trực tiếp Động có cơng suất lớn 110 KW/3400 v/ph Cơ cấu phân... GVHD: TS Dương Quang Minh Vì sinh viên ngành động lực trường, em chọn đề tài: " Khai thác kỹ thuật hệ thống phun dầu diện tử động 2GD- FTV (2. 4L) xe FORTUNER " làm đề tài tốt nghiệp Em mong với