Bộ cảm biến này được lắp trên bình tích áp nhiên liệu và đo trực tiếp áp suất của lượng nhiên liệu cao áp cĩ trong bình tích áp nhiên liệu này. Tuy nhiên, vai trị của nĩ cũng lại tuỳ thuộc vào lượng thơng tin, tính chất của lượng thơng tin mà nĩ cung cấp cho ECM. Ở đây, bộ cảm biến áp suất nhiên liệu sẽ cung cấp những thơng tin giúp cho ECM đưa ra số lượng nhiên liệu được phun vào buồng cháy bằng cách điều chỉnh thời gian mở vịi phun, đồng thời tính tốn lượng nhiên liệu cao áp cĩ trong bình tích áp.
III.7. HỆ THỐNG PHUN NHIÊN LIỆU ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ MERCURY 7.3
Hệ thống nhiên liệu của động cơ Mercury 7.3 hoạt động theo nguyên lý thời áp và gồm cĩ 3 hệ thống nhỏ với các chức năng tương ứng như sau:
* Hệ thống cung cấp nhiên liệu.
* Hệ thống điều khiển áp suất phun nhiên liệu. * Bộ phun nhiên liệu.
Các hệ thống nhỏ này hoạt động đồng thời với nhau để phun nhiên liệu cao áp vào khơng gian buồng cháy. Chức năng của hệ thống cung cấp nhiên liệu là đưa nhiên liệu đến các vịi phun. Hệ thống điều khiển áp suất phun nhiên liệu cung cấp cho các vịi phun một lượng dầu bơi trơn động cơ cĩ áp lực rất cao. Các vịi phun nhiên liệu sử dụng áp suất từ dầu bơi trơn động cơ để tạo áp suất cho nhiên liệu và phun nhiên liệu vào khơng gian buồng cháy.
III.7.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu.
Chức năng của hệ thống cung cấp nhiên liệu là vận chuyển nhiên liệu từ thùng chứa tới các vịi phun. Các chi tiết của hệ thống này gồm cĩ:
+ Đường dẫn nhiên liệu. + Bộ lọc nhiên liệu. + Bơm chuyển nhiên liệu. + Bộ tách nước.
+ Van điều chỉnh áp suất nhiên liệu.
Sự hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu:
Hình III-25: Sơ đồ hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu
1) Két nhiên liệu
2) Đường hồi nhiên liệu 3) Van điều chỉnh 5 4 3 2 11 1 8 10 9 6 7
Nhiên liệu khơng áp suất
Nhiên liệu áp suất cao (50 – 60 psi) Nhiên liệu áp suất thấp (3 – 10 psi)
4) Đầu ra tầng thấp áp (3 – 10 psi) 5) Đầu vào tầng cao áp
6) Đầu vào tầng thấp áp 7) Bơm 2 cấp
8) Bình tích áp nhiên liệu bên trái 9) Hai cổng ra cao áp (50 – 60 psi) 10) Bình tích áp nhiên liệu bên phải 11) Bộ lọc nhiên liệu
Tầng piston của bơm 2 cấp sẽ tăng áp suất nhiên liệu từ 4 psi tới 40 psi (28 kPa đến 270 kPa) để đảm bảo chắc chắn điền đầy nhiên liệu cho vịi phun. Nhiên liệu từ tầng này được dẫn qua ống thép tới mỗi nắp xylanh. Các đường dẫn cung cấp nhiên liệu tới một đường ngầm trong mỗi nắp xylanh, các đường ngầm này cắt ngang qua lỗ nạp của mỗi vịi phun bên trong nắp xylanh.
Nhiên liệu hồi từ 2 đường ngầm được đi vào một ống hợp chất cao su đặc biệt ở phía trước của mỗi nắp xylanh tới bộ điều khiển áp suất. Các đường ống này tạo ra tính linh động trong hệ thống cung cấp nhiên liệu bởi sự hấp thụ và làm nhẵn xung áp suất từ tầng piston của bơm 2 cấp.
Bộ điều khiển áp suất gồm cĩ một van lị xo chịu tải để điều khiển áp suất trong đường nhiên liệu tới 40 psi (270 kPa). Nhiên liệu hồi chảy qua bộ điều khiển và được trở về thùng chứa.
III.7.2. Hệ thống điều khiển áp suất phun nhiên liệu.
Hệ thống sử dụng áp lực thuỷ lực kích thích vịi phun để tạo áp suất nhiên liệu bên trong vịi phun. Chất lõng thuỷ lực dùng để kích thích vịi phun là dầu bơi trơn động cơ.
Dầu bơi trơn được hút từ thùng chứa qua bộ lọc bởi bơm dầu bơi trơn động cơ. Bơm dầu bơi trơn động cơ là một bơm rotor được dẫn động bởi trục cam. Dầu bơi trơn được dẫn qua ống dẫn tới một bình chứa phía trên. Bình chứa sẵn sàng tạo ra một lượng dầu bơi trơn
khơng đổi cung cấp cho BCA của chất lõng thuỷ lực. BCA là một bơm bánh răng. Dầu bơi trơn cĩ áp suất cao từ BCA được đưa tới bình tích áp trong nắp xylanh, rồi đi vào đường ống cung cấp dầu bơi trơn áp lực cao tới các vịi phun.
Hệ thống điều khiển áp suất phun là một hệ thống hoạt động khép kín. Hệ thống này gồm cĩ: Module điều khiển điện tử (ECM), cảm biến điều khiển áp suất phun nhiên liệu (ICP), và van điều chỉnh áp suất phun (IPR).
1 – Bơm dầu bơi trơn. 2 – Thùng chứa 3 – Bơm cao áp 4 – Ống cao áp
5– Cảm biến điều khiển áp suất phun.
6 – Bình tích áp 7 – Vịi phun.
8 – Đường dẫn
9 – Bộ lọc dầu bơi trơn 10 – Bộ làm mát
11 – Bộ diều chỉnh áp suất phun
ECM đã được lập trình sẵn một kế hoạch điều khiển áp suất dầu bơi trơn, nĩ sẽ quyết định chính xác một áp suất điều khiển cho mỗi chế độ làm việc của động cơ. ECM tiếp nhận một tín hiệu tương tự 0-5 volt d.c từ cảm biến điều khiển áp suất phun (ICP) – được định vị trong đường ống cung cấp dầu bơi trơn áp lực cao trên nắp xylanh bên trái để chỉ rỏ áp suất điều khiển vịi phun. ECM sẽ xử lý tín hiệu này và điều khiển áp suất bằng cách điều khiển sự tiếp mát cho van điều chỉnh (IPR).
III.7.3. Sự hoạt động của vịi phun.
Hình III-26. Sơ đồ hoạt động mạch điều
Khi một vịi phun được hoạt động, van poppet được mở bởi một cuộn dây điện tử được trang bị trên vịi phun. Áp lực dầu bơi trơn được cho chảy vào vịi phun và thực hiện chức năng nén piston khuếch đại. Piston khuếch đại bị nén đi xuống làm cho nhiên liệu bị nén tới áp suất nhất định và thắng lực lị xo để nhấc kim phun lên và bắt đầu phun nhiên liệu vào buồng đốt. Khi vịi phun kết thúc quá trình phun nhiên liệu, áp suất phía trên piston khuếch đại được mở thơng bởi van poppet xuyên qua phía trên piston của vịi phun và được trả về bởi máng dầu bơi trơn được trang bị trên vịi phun tới một ống dẫn quay về thùng dầu bơi trơn.
Hình III-27: Sự làm việc của vịi phun nhiên liệu.
I) Vịi phun đang làm việc.
1
2 3
II I
II) Vịi phun khơng làm việc. 1) Cuộn dây điện tử.
2) Van poppet. 3) Piston khuếch đại.
CHƯƠNG IV KẾT LUẬN
Với xu thế phát triển khơng ngừng của khoa học kỹ thuật và cùng với sự cạn kiệt về nguồn tài nguyên thiên nhiên, cũng như vấn đề ơ nhiễm mơi trường một cách nghiêm trọng như hiện nay. Các nhà thiết kế, chế tạo động cơ đang từng bước làm tối ưu hố các động cơ đốt trong nhằm mục tiêu là tạo ra những động cơ cĩ suất tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất, giảm thiểu lượng độc hại trong chất phát thải mà vẫn đạt được những yêu cầu về chỉ tiêu cơng suất và hiệu suất của động cơ.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của ngành cơng nghệ điện tử với sự trợ giúp của các máy tính đã được lập trình sẵn và hệ thống các vi mạch điện tử đã chiếm lĩnh được những ưu thế nỗi trội và nĩ đã xâm nhập vào tất cả các lĩnh vực cũng như các thiết bị, máy mĩc phục vụ cho cuộc sống con người mà động cơ đốt trong là một ví dụ. Với sự trợ giúp của các máy tính này đã thay thế hồn tồn bộ điều tốc cơ khí như những động cơ trước đây và tạo cho động cơ đốt trong cải thiện được những khuyết điểm cố hữu mà các thế hệ động cơ thế hệ trước đây chưa khắc phục được như: lượng tiêu hao nhiên liệu thấp, cải thiện đặc tính cơng suất của động cơ, giảm tiếng ồn do cháy gây ra do đĩ cải thiện tiếng ồn của động cơ, cải thiện đặc tính khởi động lạnh, đáp ứng yêu cầu ngày càng khắt khe về khí xả, đặc biệt là nĩ cĩ khả năng thích ứng và can thiệp cực nhanh khi tải của động cơ thay đổi đột ngột, động cơ hoạt động tin cậy.
Nếu như, những thí nghiệm trước đây khi áp dụng hệ thống xăng điện tử đã đạt được những thành cơng khả quan thì đối với động cơ diesel gặp phải những khĩ khăn nhất định, những khĩ khăn này xảy ra trong quá trình cháy, vì đối với hệ thống dùng nhiên liệu diesel thì áp suất và nhiệt độ tại thời điểm phun nhiên liệu là rất cao. Tuy nhiên, với sự ra đời của hệ thống phun nhiên liệu điện tử cĩ sử dụng bình tích áp đã giải quyết được vấn đề nan giải cố hữu từ lâu của các hệ thống phun nhiên liệu trước đây, đĩ là việc duy trì áp suất rất cao và ổn định cho các vịi phun. Các vịi phun sẽ quyết định thời gian và lượng nhiên liệu được phun vào buồng cháy của mỗi xylanh thơng qua sự điều khiển của Module điều khiển điện tử ECM tác động tới các van điện tử ở mỗi vịi phun.
Cùng với sự phát triển của chủng loại động cơ thì các hệ thống, cơ cấu cũng được cải tiến ngày một hồn thiện hơn. Và cĩ thể nĩi hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp được điều khiển bằng các thiết bị điện tử là một trong những sự sáng tạo quan trọng nhất, mang lại hiệu quả thiết thực nhất. Điều này được thể hiện qua các chỉ tiêu kinh tế, chỉ tiêu hiệu suất và đặc biệt là chỉ tiêu về chất phát thải.
Kỹ thuật xử lý dữ liệu số kết hợp với các bộ vi xử lý đã làm cho hệ thống điều khiển điện tử cĩ khả năng xử lý cùng một lúc số lượng lớn các dữ liệu tín hiệu nhận từ các cảm biến xác định điều kiện làm việc của động cơ như: áp suất khí nạp, áp suất nhiên liệu, nhiệt độ nhiên liệu, nhiệt độ dung dịch làm mát, tốc độ động cơ, vị trí tay ga, vị trí tiết lưu, điện áp ắc qui,… mà các hệ thống trước đây khơng thể nào giải quyết nổi cùng một lúc. Do các quá trình điều khiển bằng điện tử cĩ quán tính rất nhỏ nên động cơ rất nhạy cảm với sự điều khiển và chất lượng hoạt động cơ ở một số chế độ đặc biệt như khởi động, chạy ấm máy, khơng tải, tăng tốc,… được cải thiện rất rõ rệt. Động cơ hoạt động rất ổn định ở các chế độ này trong mọi điều kiện làm việc, đồng thời giảm được nhiều tiêu hao nhiên liệu.
Qua tất cả những gì được đề cập ở trên ta thấy được sự phức tạp cũng như sự hoạt động hiệu quả của động cơ dùng hệ thống phun nhiên liệu điện tử. Đây là một bước tiến vượt bậc của ngành chế tạo động cơ Diesel.
Chính vì lẽ phức tạp nĩi trên đã gây khĩ khăn cho các cán bộ, sinh viên và cơng nhân quan tâm đến vấn đề này vì họ chưa được làm quen với lĩnh vực này. Ở nước ta, hệ thống phun nhiên liệu điện tử trên các động cơ diesel đang là một vấn đề mới mẻ mặc dù trên thế giới đã xuất hiện từ lâu. Tài liệu cũng như cán bộ cĩ kinh nghiệm về lĩnh vực này cịn rất ít nên gây ra nhiều khĩ khăn, lúng túng trong viẹâc sử dụng vận hành và bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống điều khiển điện tử. Một vấn đề nữa là hiện nay hệ thống phun nhiên liệu điện tử đang được sử dụng nhiều trên các động cơ ơtơ cịn đối với động cơ tàu thuỷ thì chỉ được áp dụng trên một số ít tàu du lịch vì những ưu thế của nĩ. Bởi vậy, việc nghiên cứu, cập nhật và cũng cố kiến thức về lĩnh vực này là điều cần thiết cho mỗi kỹ sư cơ khí để trong tương lai chúng ta cĩ thể làm chủ được nĩ và đưa vào sử dụng nhiều hơn trên các động cơ diesel tàu thuỷ.
Qua thời gian tìm hiểu, phân tích cơ sở lý thuyết và đặc điểm cấu tạo của hệ thống phun nhiên liệu điện tử trên động cơ diesel, bản đồ án này đã nêu rõ chức năng và nhiệm vụ nĩi chung, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy và quá trình phun nhiên liệu, rồi đặc điểm và nguyên lý hoạt động của hệ thống. Tuy nhiên, trong điều kiện thời gian ngắn, vấn đề tài liệu liên quan quá ít và vốn kiến thức của bản thân cịn hạn chế nên trong đồ án này khơng thể tránh khỏi thiếu sĩt, vì vậy kính mong các quý thầy trong Khoa Cơ khí, thầy giáo hướng dẫn giúp đỡ, bổ sung để bản đồ án này được hồn thiện hơn.
Một lần nữa, tơi xin chân thành cảm ơn các quý thầy trong khoa Cơ khí, đặc biệt là thầy hướng dẫn đồ án tốt nghiệp: Th.S MAI SƠN HẢI đã tận tìn giúp đỡ tơi trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Xin chân thành cảm ơn.
TAØI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS – TS Dương Đình Đối
SỬA CHỬA MÁY ĐỐT TRONG TAØU THUỶ VAØ ƠTƠ NXB Nơng Nghiệp – 1998
2. PGS – TS Nguyễn Văn Nhận
LÝ THYẾT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (Dùng cho ngành cơ khí – ĐHTS) Nha Tang – 2004
3. Nguyễn Bảo Quốc
LVTN: HỆ THỐNG PHUN NHIÊN LIỆU HDI ĐHTS Nha Trang - 2001
4. Nguyễn Văn Bình – Nguyễn Tất Tiến NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG NXB Giáo Dục - 1994
5. Nguyễn Tất Tiến
NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG NXB Giáo Dục 2000
6. Đỗ Dũng – Trần Thế San
THỰC HAØNH SỬA CHỬA VAØ BẢO TRÌ ĐỘNG CƠ DIESEL NXB Đà Nẵng – 2000
7. William H.Crouse & Donald L.Anglin
Biên dịch: Nguyễn Ngọc Điệp – Phạm Thanh Đường ĐỘNG CƠ ƠTƠ
NXB TP HCM
8. SERVICE MANUAL NUMBER 27 MARINE ENGINES V – 8 DIESEL
D.7.3.L D – TRONIC 1998.Mercury Marine 9. Common Rail system
MỤC LỤC
Trang Lời nĩi đầu……….1
Chương I Cơ sở lý thuyết của hệ thống phun nhiên liệu………3
I.1. Chức năng, nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống phun nhiên liệu……….3
I.1.1. Chức năng……….3
I.1.2. Nhiệm vụ………...3
I.1.3. Yêu cầu……….4
I.2. Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu động cơ diesel……….4
I.3. Đặc tính phun nhiên liệu trong động cơ diesel………...5
I.4. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phun nhiên liệu……….10
I.4.1. Hiệu suất nạp nhiên liệu……….10
I.4.2. Hiện tượng tiết lưu………..12
I.4.3. tính chịu nén của nhiên liệu và tính đàn hồi của vật liệu………….13
I.5. tỷ lệ khơng khí – nhiên liệu………..13
I.6. pha phối khí và gĩc phun sớm nhiên liệu của động cơ diesel………….15
I.6.1. Pha phối khí……….…15
I.6.2. Gĩc phun sớm nhiên liệu………16
I.7. Hình thành khí hỗn hợp trong buồng cháy………....17
I.8. Quá trình cháy trong động cơ diesel……….22
I.9. Các phương pháp điều chỉnh qui luật phun nhiên liệu……….25
I.9.1. Phương pháp điều chỉnh qui luật phun bằng cách điều chỉnh hành trình cĩ ích của BCA………26
I.9.3. Phương pháp điều chỉnh qui luật phun bằng việc thay đổi vị trí của van tiết
lưu………29
I.9.4. Phương pháp điều chỉnh qui luật phun dựa vào nguyên lý thời áp...31
I.9.5. Phương pháp điều chỉnh qui luật phun bằng điện tử trực tiếp..……33
Chương II Tổng quan về hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp điều khiển điện tử……..34
II.1. Những nét khái quát và ưu điểm của hệ thống phun nhiên liệu điện tử………...34
II.1.1. Những nét khái quát………...34
II.1.2. những ưu điểm của hệ thống phun nhiên liệu điện tử……….35
II.2. Những nét đặc trưng về động cơ sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử………...36
II.3. Hệ thống vịi phun nhiên liệu………..38
II.4. Nguyên lý của hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp điều khiển điện tử.38 Chương III Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phun nhiên liệu điện tử………...……41
III.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống phun nhiên liệu điện tử………...…….41
III.1.1. Sơ đồ…..………41
III.1.2. Các cơ sở của hệ thống phun nhiên liệu điện tử……….42
III.2. Mạch cung cấp nhiên liệu kiểu common rail………...43
III.2.1. Sơ đồ mạch cung cấp nhiên liệu………..43
III.2.2. Nguyên lý hoạt động của mạch cung cấp nhiên liệu………..45
III.2.3. Các bộ phân của mạch cung cấp nhiên liệu………45
1) Thùng chứa nhiên liệu………45
2) Bơm trợ lực (bơm thấp áp)……….46
b) Bơm bánh răng………..47
3) Bộ lọc nhiên liệu………48
4) Van điều khiển ổn nhiệt……….48
5) Bơm cao áp……….49
6) Bình tích áp nhiên liệu…...………53