Khảo sát tính toán hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ duratorq 2 4l trên xe ford transit

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT TÍNH TỐN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DURATORQ 2.4L TRÊN XE FORD TRANSIT Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS LÊ MINH TIẾN LÊ HỒNG TRUNG Đà Nẵng, 2020 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: Tổng quan hệ thống nhiên liệu động diesel 1.1 Nhiệm vụ yêu cầu 1.2 Sơ đồ hệ thống 1.3 Đặc điểm hình thành hịa khí bên động diesel 1.4 Đặc điểm kết cấu phận hệ thống 1.5.Giới thiệu hệ thống cung cấp nhiên liệu Common-Rail động diesel11 Chương 2:Giới thiệu xe Ford Transit động Duratorq 2.4l 13 2.1.Lịch sử phát triển Ford Transit 14 2.2 Các thông số xe 19 2.3.Thông số đặc điểm nhóm chi tiết cấu động xe 20 2.4 Tính tốn nhiệt 30 Chương 3:Khảo sát hệ thống nhiên liệu động Duratorq 2.4l 44 3.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống 45 3.2 Các cảm biến (Tốc độ động cơ, lưu lượng khơng khí, …) 49 3.3 Hệ thống điều khiển (ECU) 58 3.4.Hệ thống nhiên liệu(Bơm chuyển,bơm cao áp,vòi phun,ống phân phối, …) 66 Chương 4:Tính tốn kiểm nghiệm hệ thống nhiên liệu động Duratorq 2.4l 77 4.1 Xác định thông số bơm cao áp 77 4.2.Xác định thơng số vịi phun 78 Chương Chuẩn đoán hư hỏng sửa chữa hệ thống nhiên liệu 80 5.1 Những hư hỏng thường gặp hệ thống nhiên liệu Common Rail động Duratorq 2.4l 80 5.2 Khắc phục hư hỏng hệ thống 80 5.3.Chuẩn đoán hư hỏng 80 KẾT LUẬN 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit MỞ ĐẦU Mục đích thực đề tài: Vấn đề ô nhiễm môi phương tiện giao thông gây quan tâm Các nhà quản lý ngày đặt yêu cầu tiêu chuẩn khí thải cao Vì việc cải thiện khả giảm thiểu ô nhiễm môi trường tăng hiệu kinh tế xe ô tô trọng, xe sử dụng động diesel Vì đề tài “Khảo sát tính tốn hệ thống cung cấp nhiên liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit ” giúp hiểu hệ thống Common Rail động cơ, sở đưa giải pháp, biện pháp tốt lên hệ thống cung cấp nhiên liệu động nhằm giảm thiểu lượng khí thải tăng tiêu kinh tế, kĩ thuật động Mục tiêu đề tài: khảo sát hệ thống nhiên liệu Common Rail Phạm vi đối tượng nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: Động Duratorq 2.4l xe Ford Transit - Phạm vi nghiên cứu: Tập trung vào kết cấu nguyên lý làm việc cấu hệ thống Common Rail động Phương pháp nghiên cứu: vận dụng kiến thức chuyên nghành tìm hiểu học hỏi nguồn tài liệu khác Để thực đề tài, đồ án có cấu trúc phần sau: - Tổng quan hệ thống nhiên liệu Diesel Giới thiệu động Duratorq 2.4l Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động Duratorq 2.4l Tìm hiểu hư hỏng, cách khắc phục - Kết luận đề tài SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit Chương 1: Tổng quan hệ thống nhiên liệu động diesel Hệ thống nhiên liệu diesel không ngừng cải tiến, với giải pháp kỹ thuật tối ưu làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm suất tiêu hao nhiên liệu Các nhà sản xuất động diesel đề nhiều biện pháp khác kỹ thuật phun tổ chức trình cháy nhằm giới hạn chất nhiễm Tập trung vào giải vấn đề: - Tăng tốc độ phun để làm giảm 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 hệ thống nhiên liệu diesel khắc phục cải tiến phận 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 (năm 1986 Bosch đưa vào thị trường việc điều khiển điện tử cho động diesel ) Đó hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel Hệ thống Common Rail Diesel đời góp phần cải thiện nhiều cho tính động tính kinh tế nhiên liệu mà lâu người sử dụng nhà bảo vệ môi trường mong đợi Nó tạo nên hướng nghiên cứu cho ngành khí động lực, giao thơng,… nước Hiện nay, hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel trang bị dòng xe :xe khách ,xe tải, xe du lịch,…những dòng xe sản xuất sử dụng thông dụng Việt Nam mang lại hiệu tích cực tính kinh tế khả bảo vệ môi trường SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit Bảng1.1 Bảng so sánh hệ thống nhiên liệu động Diesel dùng bơm cao áp thẳng hàng hệ thống nhiên liệu động Diesel Common Rail Bơm VE, thẳng hàng Common Rail System Bơm (Điều tốc) ECU động cơ, Vòi phun (TWV) Hệ thống Kiểm soát lượng phun Kiểm soát thời gian Bơm (Cảm biến thời gian) ECU động cơ, Vòi phun (TWV) phun Tăng áp suất Bơm ECU động cơ, Bơm cao áp Bộ phân phối Bơm ECU động cơ, Ống Rail Kiểm soát áp suất phun Phụ thuộc tốc độ lượng ECU động cơ, Bơm cao áp (SCV) phun Vì lý em chọn đề tài "Tính tốn thiết kế hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel động Duratorq 2.4l xe Ford Transit 2019 " để làm đề tài tốt nghiệp 1.1 Nhiệm vụ yêu cầu 1.1.1.Nhiệm vụ hệ thống cung cấp nhiên liệu động diesel Dự trữ nhiên liệu đảm bảo cho động làm việc liên tục khoảng thời gian định, không cần cấp thêm nhiên liệu; lọc nước, tạp chất học lẫn nhiên liệu; giúp nhiên liệu chuyển động thơng thống hệ thống SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit Cung cấp nhiên liệu cho động đảm bảo tốt yêu cầu sau: - Lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình phải phù hợp với chế độ làm việc động - Phun nhiên liệu vào thời điểm, quy luật mong muốn Lưu lượng nhiên liệu vào xi lanh phải đồng - Phải phun nhiên liệu vào xi lanh qua lỗ phun nhỏ với chênh áp lớn phía trước sau lỗ phun, để nhiên liệu xé tơi tốt Các tia nhiên liệu phun vào xi lanh động phải đảm bảo kết hợp tốt số lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước tia phun với hình dạng buồng cháy với cường độ phương hướng chuyển động môi chất buồng cháy để hịa khí hình thành nhanh 1.1.2.Yêu cầu hệ thống cung cấp nhiên liệu động diesel - Hệ thống cung cấp nhiên liệu động diesel phải thỏa mãn yêu cầu sau: Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao Dễ dàng thuận tiện sử dụng, bảo dưỡng sửa chữa Dễ chế tạo, giá thành hạ 1.2 Sơ đồ hệ thống Trên hình 2.1 sơ đồ hệ thống nhiên liệu động diesel Bơm chuyển nhiên liệu hút nhiên liệu từ thùng nhiên liệu qua bình lọc thơ vào bơm cung cấp nhiên liệu qua bình lọc tinh 11, tới bơm cao áp Lúc này, bơm cao áp đẩy nhiên liệu tiếp vào đường cao áp 6, tới vòi phun để phun vào buồng cháy động Nhiên liệu dư thừa bơm cao áp qua đường dầu hồi thùng chứa tới cửa hút bơm chuyển nhiên liệu Một phần nhiên liệu rò rỉ vòi phun (khoảng 0,02% nhiên liệu phun vào xi lanh) theo đường dầu hồi trở thùng nhiên liệu Khơng khí từ ngồi trời vào qua bình lọc vào ống nạp, qua xupap nạp vào động cơ, hòa trộn với nhiên liệu bơm qua vòi phun tạo thành hịa khí cháy Trong q trình nén, xupap hút xả đóng kín, piston lên khơng khí xi lanh bị nén Piston tới sát điểm chết trên, khơng khí bên piston bị chèn chui vào phần khoét lõm đỉnh piston, tạo dịng khí xốy lốc hướng kính ngày mạnh Cuối q trình nén, nhiên liệu phun vào dịng xốy lốc này, xé nhỏ, sấy nóng, bay hịa trộn với khơng khí tạo hịa khí bốc cháy SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit Hình 1.1 – Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động diesel 1- Thùng nhiên liệu; 2,12- Ống nhiên liệu thấp áp; 3- Bình lọc thô; 4- Bơm chuyển; 5- Bơm cao áp; 6- Đường dầu cao áp; 7- Vòi phun ; 8,10- Đường dầu hồi; 9- Đường dầu vào bơm cao áp; 11- Bầu lọc tinh; 1.3 Đặc điểm hình thành hịa khí bên động diesel 1.3.1.Đặc điểm Có đặc điểm sau: - Hịa khí hình thành bên xi lanh động với thời gian ngắn, tính theo góc quay trục khuỷu 1/10 đến 1/20 so với trường hợp động xăng Ngoài ra, nhiên liệu diesel lại khó bay xăng nên phải phun thật tơi hịa trơn khơng gian buồng cháy Vì vậy, phải tạo điều kiện để nhiên liệu sấy nóng, bay nhanh hịa trộn với khơng khí buồng cháy nhằm tạo hịa khí Mặt khác, phải đảm bảo cho nhiệt độ khơng khí buồng cháy thời gian phun nhiên liệu phải đủ lớn để hịa khí tự bốc cháy - Q trình hình thành hịa khí trình bốc cháy nhiên liệu động diesel chồng chéo lên Sau phun nhiên liệu, buồng cháy diễn loạt thay đổi lý hóa nhiên liệu, sau phần nhiên liệu phun trước tạo hịa khí, tự bốc cháy, nhiên liệu phun tiếp, cung cấp cho xi lanh động Như vậy, sau cháy phần, hịa khí tiếp tục hình thành, thành phần hịa khí thay đổi liên tục không gian suốt thời gian trình 1.3.2.Những đặc trưng động diesel SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit Do thời gian hình thành hịa khí bên ngắn, làm cho chất lượng hịa trộn khó đạt mức độ đồng đều, động có đặc trưng sau: - Trong q trình nén, bên xi lanh khơng khí, tăng tỉ số nén ε, qua làm tăng hiệu suất động cơ, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi làm tăng nhiệt độ môi chất giúp hịa khí dễ tự bốc cháy - Đường nạp có khơng khí nên khơng cần để ý đến vấn đề sấy nóng, bay nhiên liệu đường nạp động xăng Có thể dùng đường nạp có kích thước lớn, gây cản khơng cần sấy nóng với cấu tạo đơn giản - Có thể dùng hịa khí nhạt buồng cháy (do tính hịa trộn khơng hịa khí) nên sử dụng cách điều chỉnh chất (tức điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho chu trình mà khơng điều chỉnh lưu lượng khơng khí) cần thay đổi tải động - Động diesel có mặt bất lợi (do tính chất hịa trộn khơng tạo ra) là: bị hạn chế khả giảm α (tức sử dụng hết không khí thừa buồng cháy để đốt thêm nhiên liệu) khả nâng cao tốc độ động (do tốc độ cháy hịa khí khơng chậm hơn) Những hạn chế làm cho cơng suất lít (công suất đơn vị) động diesel nhỏ so với động xăng 1.3.3.Phân loại hình thành hịa khí động diesel Dựa vào vị trí bay nhiên liệu chia thành: - Hình thành hịa khí kiểu khơng gian: nhiên liệu phun tơi vào khơng gian buồng cháy, sấy nóng, bay hịa trộn với khơng khí đây, tạo thành hịa khí - Hình thành hịa khí bề mặt: nhiên liệu phun tráng thành màng bề mặt thành buồng cháy, sấy nóng, bay để hịa trộn với khơng khí - Hình thành hịa khí kiểu hỗn hợp: theo u cầu chế độ vận hành khác nhau, phần nhiên liệu hình thành hịa khí theo kiểu khơng gian, cịn phần hình thành bề mặt buồng cháy Dựa vào nhân tố điều khiển, hình thành hịa khí chia thành: - Phun trực tiếp, hình thành hịa khí chủ yếu dựa vào phối hợp chất lượng phun sương nhiên liệu với hình dạng buồng cháy, tác dụng phụ vận động xốy lốc dịng khí nạp dịng khí chèn cuối q trình nén - Kiểu xốy lốc, hình thành hịa khí chủ yếu dựa vào phối hợp chuyển động xoáy lốc dịng mơi chất vào buồng cháy phụ tia nhiên liệu buồng cháy, SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit ngồi cịn dựa vào cường độ dịng môi chất từ buồng cháy phụ phun sau bốc cháy kết hợp với hình dạng buồng cháy - Kiểu dự bị, hình thành hịa khí chủ yếu dựa vào áp suất cao môi chất buồng cháy dự bị, sau phần nhiên liệu cháy trước tạo để phun vào buồng cháy chính, giúp nhiên liệu chưa cháy kịp khơng khí hịa trộn tốt cháy kiệt nhanh buồng cháy 1.4 Đặc điểm kết cấu phận hệ thống 1.4.1Bơm cao áp - Bơm cao áp thẳng hàng: Hình 1.2 – Cấu tạo bơm cao áp thẳng hàng 1- Bu lơng xả khí; 2- Vít hãm: 3- Đầu nối ống nhiên liệu đến vòi phun; 4- Đầu nối ống nhiên liệu vào bơm; 5- Khớp nối trục cam; 6- Đĩa chắn dầu; 7- Trục bơm;8- Ổ bi; 9- Vỏ điều tốc; 10- Lò xo van cao áp; 11- Van cao áp; 12- Đế van cao áp; 13- Piston bơm cao áp; 14- Lò xo bơm cao áp; 15Conđội; 16- Con lăn; 17- Cam Nguyên lý hoạt động: Piston xuống nhờ lực đẩy lị xo 14, van cao áp 11 đóng kín, nhờ độ chân không tạo không gian phía piston, mở lỗ A, B nhiên liệu nạp đầy vào không gian piston nằm vị trí thấp Piston lên nhờ cam 17, lúc đầu nhiên liệu bị đẩy qua lỗ A, B ngoài; đỉnh piston che kín hai lỗ A, B nhiên liệu khơng gian phía piston 13 tăng áp suất, đẩy mở van cao áp 11, nhiên liệu vào đường cao áp tới vịi phun Q trình cấp nhiên liệu tiếp diễn tới rãnh nghiêng đầu piston mở lỗ xả B thời SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit điểm kết thúc cấp nhiên liệu, từ lúc nhiên liệu từ khơng gian phía piston qua rãnh dọc qua lỗ B ngồi khiến áp suất xilanh giảm đột ngột, van cao áp đóng lại Loại bơm sử dụng rộng rãi chế tạo đơn giản, sử dụng tin cậy, việc phân phối điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình đơn giản Tuy nhiên có nhược điểm sau: Kích thước khối lượng lớn, có nhiều cặp chi tiết xác, khó chế tạo Trong sử dụng phải thường xuyên kiểm tra độ không đồng nhiên liệu cung cấp cho chu trình tổ bơm - Bơm cao áp phân phối: Hình 1.3 - Bơm cao áp phân phối 1- Bạc xả; 2- Thiết bị điều chỉnh thời gian phun; 3- Vành cam; 4- Con lăn; 5Đĩa truyền động; 6- Trục vào; 7- Bánh bơm chuyển; 8- Trục điều tốc; 9Bánh điều tốc; 10- Quả văng ; 11- Đòn điều chỉnh; 12- Lò xo điều tốc; 13Màng chân khơng; 14- Ống nối đường nạp; 15- Lị xo màng điều chỉnh chân không; 16- Đường ống hồi dầu; 17- Vít điều chỉnh; 18- Địn áp lực; 19- Van điện từ ; 20Piston; 21- Van cao áp; 22- Đầu nối với vòi phun SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit 3.4.4.2 Van điều chỉnh áp suất Hình 3-25 Kết cấu van điều chỉnh áp suất 1-Mạch điện; 2-Lò xo; 3-Lõi; 4-Nam châm điện; 5-Thân van; 6-Van bi Van điều khiển áp suất gá lên bơm cao áp Để ngăn cách khu vực áp suất cao với khu vực áp suất thấp, lõi thép đẩy van bi vào vị trí đóng kín Có lực tác dụng lên lõi thép: Lực đẩy xuống lị xo lực điện từ Nhằm bơi trơn giải nhiệt, lõi thép nhiên liệu bao quanh Van điều khiển áp suất điều khiển theo vòng: - Vòng điều khiển đáp ứng chậm điện dùng để điều chỉnh áp suất trung bình ống - Vòng điều khiển đáp ứng nhanh dùng để bù cho giao động lớn áp suất Khi van điều chỉnh áp suất chưa cung cấp điện, áp suất cao ống hay đầu bơm cao áp đặt lên van điều khiển áp suất áp suất cao Khi chưa có lực điện từ, lực nhiên liệu áp suất cao tác dụng lên lò xo làm cho van mở trì độ mở tuỳ thuộc vào lượng nhiên liệu phân phối Lị xo thiết kế để chịu áp suất 100 bar Khi van điều khiển áp suất cấp điện: áp suất mạch áp suất cao tăng lên, lực điện từ tạo để cộng thêm vào lực lò xo Khi có van đóng lại giữ trạng thái đóng lực áp suất dầu phía cân với lực lị xo lực điện từ phía cịn lại Sau đó, van trạng thái mở trì áp suất không đổi Khi bơm thay đổi lượng nhiên liệu phân phối hay nhiên liệu bị mạch áp suất cao bù lại cách điều chỉnh van đến độ mở SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến 71 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit khác Lực điện từ tỷ lệ với dịng điện cung cấp bình điều chỉnh cách thay đổi độ rộng xung Tầng số xung điện khoảng 1kHz đủ để ngăn chuyển động ý muốn lõi thép thay đổi áp suất ống 3.4.5 Ống phân phối Ống phân phối nhiên liệu dùng để chứa nhiên liệu áp suất cao giảm chấn giao động áp suất bơm cao áp tạo thể tích ống Khi vòi phun lấy nhiên liệu từ ống phân phối để phun áp suất nhiên liệu ống phân phối không đổi Điều thực nhờ vào co giãn nhiên liệu Ở hai đầu ống phân phối nhiên liệu có lắp cảm biến áp suất nhiên liệu (FRP), van an toàn 1, Cảm biến áp suất nhiên liệu đo áp suất ống trì van lưu lượng nhằm trì áp suất khoảng 2000 bar Ống dùng chung cho xy lanh nên có tên (đường ống chung - Common Rail) Ngay lượng nhiên liệu phun, ống trì áp suất thực tế bên khơng đổi đảm bảo cho áp suất phun vòi phun khơng đổi từ vịi phun mở Khi áp suất làm việc hệ thống cao 2000 bar, cảm biến chuyển thơng tin tới điều khiển PCM, điều khiển mở van an toàn nhiên liệu hồi thùng, mục đích van an toàn nhằm đảm bảo an toàn cho hệ thống, ngăn ngừa hư hỏng xảy áp suất nhiên liệu gây nên Van an toàn phép mở có lần, điều có nghĩa phải thay mở lần Mỗi van an toàn mở kiểm soát điều khiển PCM lưu lại mã báo hư hỏng (DTC) đồng thời đèn báo lỗi hiển thị Ống phân phối dùng chung cho tất xi lanh Do tên “Đường ống chung” (“Common Rail”) hay gọi ắc quy thủy lực Ngay lượng nhiên liệu bị phun, ống trì áp suất thực tế bên không đổi Điều đảm bảo cho áp suất phun kim không đổi từ kim phun mở Thể tích bên ống thường xuyên điền đầy nhiên liệu có áp suất cao Khả nén nhiên liệu áp suất cao tận dụng để tạo hiệu tích trữ Khi nhiên liệu rời khỏi ống để phun áp suất thực tế tích trữ nhiên liệu áp suất cao trì khơng đổi Sự không thay đổi áp suất bơm cao áp thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp để bù vào phần nhiên liệu vừa phun Kết cấu ống phân phối thể hình 3-26 SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến 72 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit Hình 3-26 Kết cấu ống phân phối (ống Rail) Van an toàn; 2- Ống phân phối; 3- Đường dầu từ bơm cao áp; 4- Đường dầu từ ống phân phối đến vòi phun; 5- Cảm biến áp suất nhiên liệu 3.4.6 Kim phun Thời điểm phun lượng nhiên liệu phun điều chỉnh cách cho dòng điện qua kim phun Các kim phun thay cho kim phun khí Tương tự kim phun khí động diesel phun nhiên liệu trực tiếp, kẹp thường sử dụng để lắp kim phun vào nắp máy Cấu tạo kim phun thể hình 58 I 10 Tè lãû: 2:1 14 11 230 12 59° 3,2 I 0 ,25 x5 13 Hình 3-27 Cấu tạo kim phun 1- Lỗ nạp; 2- Kim phun; 3- Lò xo; 4- Piston; 5,11- Lỗ tiết lưu; 6- Cuộn dây điện từ; 7,10- Lò xo; 8- Ổ gắc điện; 9- Van; 12- Đường dẫn nhiên liệu cao áp; 13Khoang chứa nhiên liệu SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến 73 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit Theo hình (5-8), nhiên liệu từ đường dầu đến kim phun theo đường ống dẫn đến buồng điều khiển thông qua lỗ nạp (5) Buồng điều khiển nối với đường dầu thông qua lỗ xã (11) mở cuộn dây solenoid Khi lỗ đóng, áp lực đầu đặt lên piston (4) cao áp lực dầu thân ty kim (2) Kết kim bị đẩy xuống làm kín lỗ phun tới buồng đốt Khi van solenoid có dịng điện, lỗ xã mở Điều làm cho áp suất buồng điều khiển giảm xuống, kết áp lực tác dụng lên piston giảm theo Khi áp lực dầu piston giảm xuống thấp áp lực tác dụng lên ty kim, ty kim mở nhiên liệu phun vào buồng đốt qua lỗ phun Kiểu điều khiển ty phun nhiên liệu phun vào buồng đốt qua lỗ phun Điều khiển ty phun dùng hệ thống khuếch đại thuỷ lực lực mở cần thiết để mở kim thật nhanh trực tiếp tạo nhờ van solenoid Thời điểm phun lượng nhiên liệu phun điều chỉnh thơng qua dịng kim phun Hoạt động kim phun chia làm giai đoạn động làm việc bơm cao áp tạo áp suất cao: - Kim phun đóng (khi có áp lực dầu tác dụng) - Kim phun mở (bắt đầu phun) - Kim phun mở hoàn tồn - Kim phun đóng (kết thúc phun) Các giai đoạn hoạt động kết phân phối lực tác dụng lên thành phần kim phun Khi động dừng lại khơng có áp suất ống phân phối, lị xo kim đóng - Kim phun đóng (ở trạng thái nghỉ) Ở trạng thái nghỉ, van solenoid chưa cung cấp điện kim phun đóng Khi lỗ xả đóng, lị xo đẩy van bi đóng lại Áp suất cao ống tăng lên buồng điều khiển buồng thể tích ty kim có áp suất tương tự Áp suất ông đặt vào phần đỉnh piston, với lực lò xo ngược chiều với lực mở kim giữ ty kim vị trí đóng - Kim phun mở (bắt đầu phun) Van solenoid cung cấp điện với dịng kích lớn để đảm bảo mở nhanh Lực tác dụng van solenoid lớn lực tác dụng lò xo lỗ xả làm mở lỗ xả Gần tức thời, dòng điện cao giảm xuống thành dòng nhỏ đủ để tạo lực điện từ để giữ ty kim Điều thực nhờ khe hở mạch từ nhỏ Khi lỗ xả mở ra, nhiên liệu chảy vào buồng điều khiển van vào khoang bên từ trở bình chứa thơng qua đường dầu Lỗ xả làm cân áp suất nên áp suất buồng điều khiển giảm xuống Điều làm áp suất buồng SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến 74 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit điều khiển van thấp áp suất buồng chứa ty kim (vẫn áp suất ống) Áp suất giảm buồng điều khiển van làm giảm lực tác dụng lên piston điều khiển nên ty kim mở nhiên liệu bắt đầu phun Áp suất phun giai đoạn 220 – 234 Kg/cm2 Tốc độ mở ty kim định khác biệt tốc độ dòng chảy lỗ nạp lỗ xả - Kim phun mở hoàn toàn Piston điều khiển tiến đến vị trí dừng phía nơi mà chịu tác dụng đệm dầu tạo dòng chảy nhiên liệu lỗ nạp lỗ xả Kim phun mở hoàn toàn, nhiên liệu phun vào buồng đốt áp suất gần với áp suất ống Lực phân phối kim tương tự với giai đoạn mở kim Áp suất phun lúc 415 – 433 Kg/cm2 - Kim phun đóng (kết thúc phun) Khi dòng qua van solenoid bị ngắt, lò xo đẩy van bi xuống van bi đóng lỗ xả lại áp suất tương đương với áp suất ống làm tăng lực tác dụng lên đỉnh piston điều khiển Lực với lực lò xo cao lực tác dụng buồng chứa ty kim đóng lại Tốc độ đóng kim phun phụ thuộc vào dòng chảy nhiên liệu qua lỗ nạp * Đầu kim phun Ty kim mở van solenoid kích hoạt để nhiên liệu chảy qua Chúng phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng cháy Đường kính kim phun dkp= 3,2 mm Lượng nhiên liệu dư cần để mở ty kim đưa trở lại bình chứa thông qua đường dầu Nhiên liệu hồi từ van điều áp từ vùng áp suất thấp dẫn theo đương dầu với nhiên liệu dùng để bôi trơn cho bơm cao áp Thiết kế đầu phun định bởi: - Việc kiểm soát nhiên liệu phun (thời điểm lượng nhiên liệu phun) - Việc điều khiển nhiên liệu (số lỗ tia: lỗ, hình dạng nhiên liệu phun tán nhiễu nhiên liệu, phân phối nhiên liệu buồng cháy, mức độ làm kín buồng cháy) 3.4.7 Đường ống dẫn nhiên liệu áp suất cao Những đường ống nhiên liệu mang nhiên liệu áp suất cao Do đó, chúng thường xuyên phải chịu áp suất cực đại hệ thống trình ngưng phun Vì vậy, chúng chế tạo từ thép ống Thơng thường , chúng có đường kính ngồi mm đường kính 2,4 mm SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến 75 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit 3.4.8 Van giới hạn áp suất Van giới hạn áp suất có chức van an tồn Trong trường hợp áp suất lớn van cho nhiên liệu ngồi Van giới hạn áp suất cho phép áp suất tức thời tối đa khoảng 2000 bar Hình 3-28 Kết cấu van giới han áp suất 1- Mạch cao áp; 2- Van; 3- Lỗ dầu; 4- Piston; 5- Lò xo; 6- Đế; 7- Thân van; 8- Đường dầu Van giới hạn áp suất thiết bị khí bao gồm thành phần sau: - Phần cổ có ren ngồi để lắp vào ống - Một chổ nối với đường dầu - Một piston di chuyển - Một lò xo Tại phần cuối chổ nối có buồng với đường dẫn dầu có phần hình mà piston xuống làm kín bên buồng Ở áp suất hoạt động bình thường (tối đa 2000 bar), lị xo đẩy piston xuống làm kín ống, áp suất hệ thống vượt mức, piston bị đẩy lên áp suất dẩu ống thắng lực căng lị xo Nhiên liệu có áp suất cao thơng qua van vào đường dẫn trở lại bình chứa Khi van mở, nhiên liệu rời khỏi ống vậy, áp suất ống giảm xuống SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến 76 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit Chương 4: Tính toán kiểm nghiệm hệ thống nhiên liệu động Duratorq 2.4l 4.1 Xác định thông số bơm cao áp Lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình cơng tác: Vx = N e g e  10−3 120.n.i. nl (4.1) Trong đó: Ne = 102 [kW] cơng suất có ích động ge = 310,5[g/kW.h] suất tiêu hao nhiên liệu có ích n = 3500 [vg/ph] số vòng quay  = số kì i = số xilanh  nl = 0,86 [g/cm3] khối lượng riêng diesel ( diesel 0,05%S, theo TCV 6574:2000) Khi đó: 102.310,5.4.10−3 = 8.76.10−5 dm3 Vx = 120.3500.4.0,86 - (4.2) Lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình cơng tác chế độ Nemax: Công suất đạt cực đại : Nemax = 1,1.Ne Suất tiêu hao nhiên liệu lúc Nemax tăng lên là: ge(Nemax) = (1,05 ÷ 1,1).ge Lượng nhiên liệu cung cấp cho xylanh chu trình cơng tác chế độ Nemax : Vx '= 1,1.1,1.Vx = 1,05.1,1.87,6 =101,17[mm3] (4.3) - Lượng nhiên liệu theo lý thuyết bơm phải cung cấp để bảo đảm cho động hoạt động: V p = (2,5  3) V 'x  (4.4) Với  = 0,9 hệ số cung cấp bơm: V p = 101,17 = 337, 23 0.9 - Đường kính piston bơm cao áp: d p= 4.Vp   =3 4.337, 23 = 6,74  mm 3,14.1.4 (4.5) Theo chuỗi chế tạo tiêu chuẩn chọn d p = [mm] SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến 77 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit - Hành trình lớn piston bơm cao áp : hp max = d p  = 7.1, = 9,8[mm] (4.6) Theo chuổi chế tạo tiêu chuẩn hp max=10[mm] -Hành trình có ích piston bơm cao áp hp = V 'x  f p (4.7) Với fp tiết diện ngang piston bơm cao áp fp =  d p =  72 = 38, 48[mm] (4.8) Khi hp hp = 101,17 = 2,92[mm] 0,9.38, 48 Chọn hp=3 [mm] 4.2.Xác định thơng số vịi phun Tốc độ lý thuyết cực đại tia nhiên liệu phun từ vòi phun w' =  g ( p − p 'c ).105 nl (4.9) Trong đó: p : Áp suất trước lỗ phun lúc tốc độ trung bình pittông Cm (max) , động tốc độ cao :p = 45 [MN/m2] p’ : Áp suất trung bình xylanh giai đoạn phun nhiên liệu p 'c = pc + pz 16, + 27, 23 = = 21, 71[ MN / m ] 2 (4.10) (5.10) ρnl = 860 [kg/m3] khối lượng riêng diesel (0,05%S) ξ = 0,8 ÷ 0,9 - Hệ số tốc độ, chọn ξ = 0,85 Khí đó: 2.9,81(45 − 21, 71).105 w ' = 0,85 = 195,93[ m / s] 860 - Thời gian phun: t =  6.n (4.11) Trong đó:  góc quay trục khuỷu ứng với thời gian phun (độ) thường chọn khoảng từ 10 – 25o Chọn  = 20o SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến 78 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit Khi đó: t = -  20 = = 0, 001[ s ] 6.n 6.3500 Xác định tiết diện tổng lổ phun: F= V 'x 101,17 = = 0, 64[mm2 ] 3 .w ' t.10 0,8.195,93.0, 001.10 (4.12) Với  = 0,8 hệ số thắt dịng lỗ phun Đường kính lỗ phun = SVTH: Lê Hồng Trung 4.F 4.0, 64 = = 0,36[mm]  i  GVHD: TS Lê Minh Tiến 79 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit Chương Chuẩn đoán hư hỏng sửa chữa hệ thống nhiên liệu 5.1 Những hư hỏng thường gặp hệ thống nhiên liệu Common Rail động Duratorq 2.4l 5.1.1 Bơm cao áp bị hỏng - Piston - xylanh bơm bị mịn -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 -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 cơng suất 5.1.2 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 không đều, đứt qng Lượng nước có nhiên liệu cảm biến báo cho PCM biết 5.1.3 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 rò qua lỗ vịi phun Trường hợp cơng suất động giảm, tốn nhiều nhiên liệu, máy nóng khí thải có nhiều khói đen 5.2 Khắc phục hư hỏng hệ thống 5.2.1.Bơm cao áp hỏng Bơm cao áp bị hư 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 thay 5.2.1.Bộ lọc bị tắc, có nước nhiên liệu Kiểm tra tình trạng lọc thơng qua cảnh báo lọc, cần thay lọc 5.2.3.Nhiên liệu rò lỗ vòi phun 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 5.3.Chuẩn đoán hư hỏng Ở ta chẩn đoán theo trạng thái hoạt động động SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến 80 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit 5.3.1.Động không tải, khơng êm, bị rung động Bảng 5.1- Bảng chẩn đốn động không tải, không êm, bị rung động Trạng thái hư hỏng 1.Khơng tải khơng Khu vực chẩn đốn Khu vực chẩn đốn có liên quan Hư hỏng vòi phun - Mã hiệu chỉnh vòi phun êm hay rung có - Chuyển động piston vịi- Rị rỉ nhiên liệu q trình cháy khơng phun trục trặc - Gối đỡ động bình thường - Vịi phun kẹt đóng - Rị rỉ hệ thống nạp khí Rung xe khởi - Vịi phun kẹt mở hành hư hỏng - Muội vòi phun hệ thống ly hợp - Tắc hệ thống nạp khí - Hệ thống EGR - Hư hỏng mạch điện vịi - Hệ thống đóng đường nạp phun - Cảm biến lưu lượng khí Hư hỏng hệ thống ly hợp nạp - Hệ thống ly hợp (rung - Bơm cao áp xe khởi động) - Van xả áp - Nhiên liệu chất lượng thấp - Sửa đổi xe 5.3.2.Động có tiếng gõ, kêu lạch cạch Bảng 5.2- Bảng chẩn đốn động có tiếng gõ, kêu lạch cạch Trạng thái hư hỏng Khu vực chẩn đoán Khu vực chẩn đốn có liên quan 1.Tiếng gõ âm khơng bình thường áp suất cháy đặc biệt cao Hư hỏng vòi phun -Mã hiệu chỉnh vòi phun - Chuyển động -Rò rỉ nhiên liệu piston vòi phun bị -Rò rỉ hệ thống nạp khí 2.Âm khơng bình thường ma sát chi tiết hỏng - Vịi phun kẹt đóng - Vòi phun kẹt mở - Muội vòi phun -Tắc hệ thống nạp khí -Hệ thống EGR -Hệ thống đóng đường nạp - Hỏng mạch vòi phun Áp suất ống phân -Cảm biến áp suất nhiên liệu SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến 81 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit phối khơng bình -Cảm biến áp suất tuyệt thường - Bơm cao áp đối đường nạp -Cảm biến lưu lượng khí - Âm xung áp nhiên liệu nạp -Sửa đổi xe - Khơng khí nhiên liệu -Nhiên liệu chất lượng thấp Ma sát chi -Thiếu nhiên liệu tiết 4.Áp suất nén 5.3.3.Động yếu, bị ì Bảng 5.3- Bảng chẩn đốn động bị yếu, bị ì Trạng thái hư hỏng Khu vực chẩn đốn Khu vực chẩn đốn có liên quan Động bị yếu lượng phun nhiêu liệu Hư hỏng vòi phun - Chuyển động - Van xả áp - Cảm biến lưu lượng khơng bình thường (hỏng bơm cấp áp) píttơng vịi phun bị hỏng khí nạp - Rị rỉ hệ thống nạp 2.Động bị yếu lượng khí nạp vào - Vịi phun kẹt đóng - Vịi phun kẹt mở khí - Tắc hệ thống nạp khí thiếu (Hỏng tuabin tăng áp hay đoạn ống xả trước hay trung hịa khí xả bị tắc) - Muội vịi phun - Hỏng mạch vòi phun Áp suất ống phân phối khơng bình thường - Hệ thống EGR - Hệ thống nhiêu liệu bị tắc - Hệ thống đóng đường nạp - Bơm cao áp Lượng khí nạp khơng bình thường -Tuabin tăng áp - Áp suất nén -Mã điều chỉnh vòi phun - Rò rỉ nhiên liệu -Đoạn ống xả trước bị tắc -Bộ trung hịa khí xả bị tắc - Cảm biến áp suất nhiên liệu - Nhiên liệu chất lượng thấp -Nhiên liệu bị đông cứng SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến 82 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit KẾT LUẬN Sau khảo sát hệ thống nhiên liệu Common Rail lắp động Duaratorq 2.4l sở lí thuyết ta thấy : việc sử dụng hệ thống Common Rail cho động nói chung có lợi kinh tế, kĩ thuật mà làm giảm rõ rệt mức độ ô nhiễm môi trường so với động Diesel thông thường Động sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail có đặc điểm sau : Khả tạo nhiên liệu tốt phun nhiên liệu với áp suất cao khoảng 1800 bar, sản vật cháy độc hại nhiều lần so với hệ thống nhiên liệu Diesel bình thường, trình cháy hoàn thiện Ngoài ưu việt mặt môi trường động sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail hàng loạt ưu điểm khác : Động sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail có đặc điểm tồn trữ nhiên liệu áp suất cao sử dụng phun áp suất cao Nên nhiên liệu cháy hồn tồn, khơng tạo sản phẩm phụ khác, tạo khói, tạo muội than khói thấp động sử dụng hệ thống nhiên liệu Diesel bình thường nên cải thiện nhiều vấn đề nhiễm khơng khí Đối với hệ thống Common Rail lượng khí nạp cảm nhận cảm biến đưa PCM, PCM nhận giá trị với giá trị từ cảm biến khác gởi xử lí cho lượng nhiên liệu chu trình thích hợp cho chế độ tốc độ động Do lượng phun điều khiển xác nên phân phối đến xylanh Mặt khác, tỷ lệ khí - nhiên liệu điều khiển tự (vơ cấp) nhờ ECU việc thay đổi thời gian hoạt động vòi phun (khoảng thời gian phun nhiên liệu) Vì hỗn hợp khí - nhiên liệu phân phối đến tất xylanh tạo tỷ lệ tối ưu Xét mức độ phát nhiễm hệ thống có đặc tính khơng độc, đặc tính phun cải thiện với đặc điểm phun hai lần phun sơ khởi phun có tác dụng khơng ồn giảm độ độc hại khí thải Ngồi cịn có giai đoạn phun thứ cấp thực nhờ hệ thống luân hồi khí xả có tác dung làm giảm nồng độ NOx khí thải, sản phẩm cháy độc hại nhiều lần so với động Diesel cổ điển Như với hệ thống Common Rail trình cháy động cải thiện đáng kể, tăng tính kinh tế nhiên liệu, giảm nhiễm mơi trường, tăng hiệu suất động Do việc áp dung hệ thống Common Rail động Duaratorq 2.4l đề tài quan tâm nghiên cứu nhiễm mơi trường cạn kiệt nhiên liệu vấn đề cấp bách toàn cầu SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến 83 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit Sau 15 tuần làm đồ án tốt nghiệp với nổ lực tìm hiểu nghiên cứu, với giúp đỡ tận tình thầy giáo, đặc biệt thầy giáo hướng dẫn TS Lê Minh Tiến, đến em hoàn thành nhiệm vụ khảo sát đề tài tốt nghiệp giao, đề tài giúp em hiểu thêm tính kết cấu hệ thống nhiên liệu Common Rail lắp động Duratorq 2.4l Tuy nhiên trình nghiên cứu, thời gian khả hiểu biết tài liệu hệ thống Common Rai cịn hạn chế nên q trình hồn thành khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong lượng thứ đóng góp ý kiến bổ sung thầy cô giáo Cuối em chân thành cảm ơn thầy giáo khoa Cơ khí Giao thông, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng, đặc biệt em chân thành cảm ơn thầy giáo TS Lê Minh Tiến, tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến 84 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2.4l xe Ford Transit TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tất Tiến “Nguyên lý động đốt trong” Nhà xuất giáo dục, năm 2000 [2] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến “Kết cấu tính tốn động đốt trong, tập III” Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội, năm 1997 [3] Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng “Ơtơ nhiễm mơi trường” Nhà xuất giáo dục, năm 1999 [4] Nguyễn Phước Hoàng, Phạm Đức Nhuận, Nguyễn Thạch Tân, Đinh Ngọc Ái, Đặng Huy Chí “Thuỷ lực máy thuỷ lực” Nhà xuất giáo dục, năm 1996 [5] Tài liệu động Duratorq 2.4l tài liệu liên quan FORD [6].Technical Service Training Diesel Injection and Engine Management Systems [7].http://www.oto-hui.com SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS Lê Minh Tiến 85 ... TS Lê Minh Tiến Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2. 4l xe Ford Transit Hình 1.1 – Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động diesel 1- Thùng nhiên liệu; 2, 12- Ống nhiên liệu thấp áp; 3-... 17 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động Duratorq 2. 4l xe Ford Transit Hộp số trang thiết bị gồm Hộp số tay cấp & cấp e )Ford Transit hệ thứ IV (20 14 – 20 19) Ford Transit hệ thứ với nâng cấp. .. hiệu kinh tế xe ô tô trọng, xe sử dụng động diesel Vì đề tài ? ?Khảo sát tính toán hệ thống cung cấp nhiên liệu động Duratorq 2. 4l xe Ford Transit ” giúp hiểu hệ thống Common Rail động cơ, sở đưa