U1I7Jydnd7Hvq9T (1)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (968.65 KB, 56 trang )
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 1
Lớp: 08LTĐL
1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
1.1. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ DIESEL
Kỹ sư người Đức có tên là Rodlf Diesel đăng ký bằng sáng chế đầu tiên về loại
động cơ phun dầu, sau này được mang tên ông vào những năm 1892. Từ đó đến nay
loại động cơ này đã có được rất nhiều cải tiến để đến sự hoàn thiện vào những năm
đầu thập niên 70 của thế kỷ XX.
Từ ban đầu khi động cơ này ra đời, hầu như tất cả các hệ thống đều được điều
khiển bằng cơ khí nên cơng suất động cơ, tiêu hao nhiên liệu, các chế độ hoạt động
của động cơ chưa được hồn thiện trong q trình sử dụng và gây rất nhiều khó khăn
cho người sử dụng. Do đó với cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật ra đời vào những
năm 50, 60 của thế kỷ XX đã có tác dụng tích cực làm thay đổi khả năng tự động điều
khiển của động cơ, với sự trợ giúp chủ yếu của các cảm biến, các bộ xử lý và các bộ
thừa hành làm cho quá trình điều khiển động cơ thích ứng với điều kiện làm việc
nhanh hơn và chính xác hơn rất nhiều so với các hệ thống điều khiển cơ khí, thuỷ lực
thường dùng trước đây.
Trước sự phát triển đó hệ thống nhiên liệu, loại trừ các cơ cấu điều khiển cơ
khí mà thay vào đó hệ thống điều khiển điện tử thuộc thế hệ mới góp phần cải tiến,
điện tử hố các cơ cấu, nâng cao tính kinh tế, giảm ơ nhiễm mơi trường và đơn giản
hố trong q trình điều khiển.
1.2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
1.2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel
Nhiệm vụ :
- Dự trữ nhiên liệu: Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một
thời gian nhất định, giúp nhiên liệu chuyển động thơng thống trong hệ thống.
- Cung cấp nhiên liệu cho động cơ : đảm bảo tốt các yêu cầu :
+ Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với chế độ làm
việc của động cơ.
+ Phun nhiên liệu vào đúng thời điểm, đúng quy luật mong muốn.
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 2
Lớp: 08LTĐL
+ Lưu lượng nhiên liêu vào các xylanh phải đồng đều. Phải phun nhiên
liệu vào xylanh qua lỗ phun nhỏ với chênh áp lớn phía trước và lỗ phun, để nhiên liệu
được xé tơi tốt.
- Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa số
lượng và phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạng buồng
cháy và với cường độ và phương hướng chuyển động của mỗi chất trong buồng cháy
để hoà khí được hình thành nhanh và đều.
u cầu :
Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel phải thoả mãn các yêu cầu sau :
- Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao.
- Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa .
- Dễ chế tạo, giá thành hạ.
- Nhiên liệu diesel phải rất sạch không chứa tạp chất và nước.
- Nhiên liệu phải có trị số Cetanne cao (40 – 55) đốt cháy ngay khi nó được
phun vào buống đốt, khơng tồn đọng nhiên liệu và kết quả là động cơ chạy êm.
1.2.2. Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel
Đặc điểm khác biệt của động cơ diesel so với động cơ xăng là địa điểm và thời
gian hình thành hỗn hợp nổ. Trong động cơ xăng, hồ khí bắt đầu hình thành ngay từ
khi xăng được hút khỏi vòi phun vào đường nạp (động cơ dùng bộ chế hồ khí) hoặc
được phun vào đường ống nạp (động cơ phun xăng). Quá trình trên được cịn tiếp
diễn trong xy lanh, suốt q trình nạp và quá trình nén cho đến khi được đốt cháy
cưỡng bức bằng tia lửa điện. Ở động cơ diesel gần cuối quá trình nén, nhiên liệu mới
được phun vào buồng cháy động cơ để hình thành hỗn hợp rồi tự bốc cháy. Dầu
diesel có tính năng đặc biệt về độ bốc hơi, độ nhớt và chi số cetane.
* Hoạt động của hệ thống nhiên liệu:
Bơm chuyển nhiên liệu 9 hút nhiên liệu từ thùng chứa 12, sau đó đẩy tới bầu lọc tinh
2. Tại bầu lọc tinh nhiên liệu được lọc sạch tạp chất, sau đó nhiên liệu theo đường
ống 3 tới bơm cao áp 8. Bơm cao áp tạo cho nhiên liệu một áp suất đủ lớn theo đường
ống cao áp 6 đến vòi phun 4 cung cấp cho xylanh động cơ.
Nhiên liệu rò qua khe hở trong thân kim phun của vòi phun và trong các tổ
bơm cao áp được theo đường ống dẫn 5 và 11 trở về thùng chứa.
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Lớp: 08LTĐL
Trang: 3
Nhiên liệu đi vào trong xylanh bơm cao áp không được lẫn không khí vì khơng
khí sẽ làm cho hệ số nạp của các tổ bơm khơng ổn định, thậm chí có thể làm gián
đoạn q trình cấp nhiên liệu. Khơng khí lẫn trong hệ thống nhiên liệu có thể là do
khơng khí hòa tan trong nhiên liệu tách ra khi áp suất thay đổi đột ngột, cũng có thể
do khí trời lọt vào do đường ống khơng kín, đặc biệt là ở những khu vực mà áp suất
nhiên liệu thấp hơn áp suất khí trời. Để xả khơng khí ra khỏi hệ thống nhiên liệu trên
bầu lọc, trên vòi phun và trên bơm cao áp có bulơng xả khí.
1
3
2
5
4
6
7
8
13
9
10
11
12
Hình 1.1 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu diesel
1- Bulơng xả khí ; 2- Bầu lọc nhiên liệu ; 3, 5, 6, 10, 11- Ống dẫn nhiên liệu ; 4Vòi phu ; 7- Van tràn ; 8- Bơm cao áp ; 9- Bơm chuyển ; 12- Thùng chưa nhiên
liệu ; 13- Bulông xả nước.
Khơng khí từ ngồi trời qua lọc khí vào ống nạp rồi qua xupáp nạp đi vào động
cơ. Trong quá trình nén các xupáp hút và xả đều đóng kín, khi piston đi lên khơng khí
trong xylanh bị nén. Piston càng tới sát điểm chết trên, khơng khí bên trên piston bị
chèn chui vào phần khoét lõm ở đỉnh piston, tạo ra ở đây dịng xốy lốc hướng kính
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 4
Lớp: 08LTĐL
ngày càng mạnh. Cuối q trình nén, nhiên liệu được phun vào dịng xốy lốc này,
được xé nhỏ, sấy nóng, bay hơi và hồ trộn đều với khơng khí tạo ra hồ khí rồi tự
bốc cháy.
1.2.3. Các dạng cấu tạo bơm cao áp trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel
1.2.3.1. Bơm cao áp (Bosch)
Hình 1.2 : Bơm cao áp
1- Bulơng xả khí ; 2- Vít hãm ; 3- Đầu nối ống nhiên liệu đến vòi phun ; 4- Đầu nối
ống nhiên liệu vào bơm ; 5- Vỏ bộ hạn chế nhiên liệu ; 6- Khớp nối của trục cam ;
7- Đĩa chắn dầu ; 8- Trục bơm ; 9- Ổ bi ; 10- Vỏ bộ điều tốc ; 11- Lò xo van cao áp
; 12- Van cao áp; 13- Xilanh bơm cao áp ; 14- Lỗ xả ; 15- Piston bơm cao áp ; 16Vít ; 17- Ống xoay ; 18- Đĩa trên ; 19- Lò xo bơm cao áp ; 20- Đĩa dưới ; 21Bulông điều chỉnh ; 22- Con đội ; 23- Con lăn ; 24- Cam
Nguyên lý hoạt động : Piston đi xuống nhờ lực đẩy lò xo 19, van cao áp 12
đóng kín, nhờ độ chân khơng được tạo ra trong khơng gian phía trên piston, khi mở
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 5
Lớp: 08LTĐL
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 khơng gian ở phía trên piston 15 tăng
áp suất, đẩy mở van cao áp 12, nhiên liệu đi vào đường cao áp tới vịi phun. Q 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 khơng gian phía trên piston qua
rãnh dọc thốt qua lỗ B ra ngồi khiến áp suất trong xilanh giảm đột ngột, van cao áp
được đóng lại.
1.2.3.2. Bơm phân phối
B
A
Hình 1.3 : Bơm phân phối
Hìnhthời
1.3gian
: Bơm
phân
1- Bạc xả ; 2- Thiết bị điều chỉnh
phun
; 3-phối
Vành cam ; 4- Con lăn ; 5Đĩa truyền động ; 6- Trục vào ; 7- Bánh răng bơm chuyển ; 8- Trục bộ điều tốc ;
9- Bánh răng bộ điều tốc ; 10- Quả văn ; 11- Đòn điều chỉnh ; 12- Lị xo điều tốc
; 13- Màng chân khơng ; 14- Ống nối đường nạp ; 15- Lò xo màng điều chỉnh
chân không ; 16- Đường ống hồi dầu ; 17- Vít điều chỉnh ; 18- Địn áp lực ; 19Van điện từ ; 20- Piston ; 21- Van cao áp ; 22- Đầu nối với vòi phun
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 6
Lớp: 08LTĐL
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 cơng 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 cịn có bơm chuyển nhiên liệu kiểu
phiến gạt được nâng lên một áp suất ổn định, quả văng 10 thơng qua quan hệ tay địn,
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.
1.2.4. Đặc điểm hình thành hỗn hợp trong động cơ diesel
Nhiên liệu được phun vào buồng đốt từ 150 - 300 trước ĐCT/ kỳ nén, khi dấu
phun nhiên liệu “ INJ” ở bánh đà đúng ngay chi thị mà lăng vạch ở ống dẫn hướng
ngay dấu chỉ thị ở cử sổ là thời điểm khơi phun. Hỗn hợp được hình thành bên trong
xilanh động cơ với thời gian rất ngắn tính theo góc quay của trục khuỷu, chỉ bằng
1/10 đến 1/20 so với trường hợp của máy xăng, ngoài ra nhiên liệu diesel lại khó bay
hơi hơn xăng nên phải được phun thật tơi và hồ trộn đều trong khơng gian buồng
cháy. Vì vậy phải tạo điều kiện để nhiên liệu được sấy nóng, bay hơi nhanh và hồ
trộn đều với khơng khí trong buồng cháy nhằm tạo ra hồ khí ; mặt khác phải đảm
bảo cho nhiệt độ khơng khí trong buồng cháy tại thời gian phun nhiên liệu phải đủ
lớn để hồ khí tự bốc cháy.
Q trình hình thành hỗn hợp và quá trình bốc cháy nhiên liệu trong động cơ diesel
chồng chéo lên nhau, xảy ra liên tục. Sau khi phun nhiên liệu thì trong buồng cháy
diễn ra một loạt thay đổi về tính chất lý hố của nhiên liệu, sau đó một phần nhiên
liệu được phun vào trước đã tạo thành hỗn hợp thì tự bốc cháy trong khi nhiên liệu
vẫn được tiếp tục phun vào để cung cấp cho xy lanh động cơ. Chính đặc điểm của quá
trình hình thành hỗn hợp và quá trình cháy như vậy nên để cho phù hợp thì động cơ
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 7
Lớp: 08LTĐL
diesel có rất nhiều loại buồng cháy khác nhau tuỳ theo cấu tạo của động cơ và mục
đích sử dụng động cơ.
1.3. HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN PHUN NHIÊN LIỆU
Đối với động cơ diesel có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến q trình cháy trong
động cơ, các yếu tố đó có nhiều yếu tố thuộc khâu kết cấu, thiết kế buồng cháy, kết
cấu đường ống nạp... và có nhiều yếu tố phụ thuộc vào chế độ hoạt động của động cơ
như : Số vòng quay, thời điểm phun, lượng phun....
Khả năng làm việc tối ưu của động cơ phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố điều chỉnh
cơ bản là : Lượng nhiên liệu phun vào động cơ và thời điểm phun. Cả hai thông số
điều chỉnh cơ bản này đều được điều chỉnh bởi bộ điều khiển điện tử trên cơ sở xử lý
các thông tin đầu vào như : Số vòng quay, chế độ tải trọng động cơ, nhiệt độ nước
làm mát... Nói chung có nhiều bộ xử lý điều khiển nhiều hệ thống khác nhau lắp trên
ôtô. Tuy nhiên bộ xử lý nào cũng hoạt động theo nguyên lý thu thập thông tin vào
điều kiện làm việc của hệ thống và trên cơ sở đó điều khiển các cơ cấu chấp hành
theo cách mà người thiết kế mong muốn.
Như vậy, hệ thống điều khiển điện tử phun nhiên liệu trên động cơ gồm ba
phần chủ yếu sau :
1.3.1. Hệ thống thu thập thông tin về điều kiện làm việc của động cơ
Các cảm biến cung cấp cho bộ xử lý về số vịng quay, vị trí bàn đạp chân ga,
nhiệt độ khơng khí nạp, nhiệt độ nước làm mát của động cơ... các cảm biến làm việc
theo nguyên tắc khác nhau. Các thông tin từ các cảm biến đưa về bộ xử lý dưới dạng
các tín hiệu điện như : tín hiệu dạng xung, tín hiệu điện áp biến đổi, tín hiệu tần số...
và được biến đổi, xử lý sơ bộ trước khi đi vào hệ thống xử lý.
1.3.2 Hệ thống xử lý
Căn cứ vào các tín hiệu gởi về từ các cảm biến, hệ thống xử lý so sánh với
các thông tin đã được cài đặt sẵn trong bộ nhớ và xác định các thông số đầu ra để
điều khiển các bộ phận thừa hành, đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu cho động cơ.
1.3.3 Hệ thống thừa hành
Các cơ cấu chấp hành được điều khiển bằng các tín hiệu đầu ra của bộ xử lý.
Các cơ cấu chấp hành như : vòi phun, bơm cao áp... được hệ thống thừa hành điều
khiển sao cho động cơ làm việc phù hợp với các tín hiệu đầu vào.
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 8
Lớp: 08LTĐL
1.3.4. Định lượng hỗn hợp nhiên liệu, khơng khí
Lượng O2, dùng để đốt cháy nhiên liệu trong buồng cháy động cơ, là lượng O2
trong khơng khí. Như ta biết khơng khí gồm hai thành phần là : O 2 và N2 . Tính theo
thành phần thể tích (thành phần mol) O2 chiếm 21% cịn N2 chiếm 79%. Do với một
thể tích nhất định, khối lượng khí phụ thuộc vào các thơng số trạng thái của nó như :
áp suất, nhiệt độ.... Vì vậy với một dung tích xilanh nhất định, khối lượng khơng khí
nạp vào là khác nhau nếu ở điều kiện áp suất và nhiệt độ khác nhau.
Khi động cơ đang hoạt động, lượng nhiên liệu phun vào xi lanh thay đổi tùy
theo điều kiện làm việc. Để đảm bảo lượng nhiên liệu phù hợp, bộ điều khiển cần biết
được thông tin về trạng thái của lượng khí nạp.
Để xác định chính xác lượng khí nạp, trên động cơ lắp thêm cảm biến đo áp
suất ( cảm biến MAF) và nhiệt độ khí nạp (IAT), chính xác hơn nữa là cảm biến lưu
lượng khí nạp, thể tích khí nạp được xác định thơng qua thể tích cơng tác và hiệu suất
thể tích động cơ. Thể tích cơng tác phụ thuộc đường kính xi lanh và hành trình piston,
cịn hiệu suất thể tích phụ thuộc kết cấu của động cơ và đường ống nạp. Vì mỗi loại
động cơ có một kích thước và kết cấu khác nhau nên để đảm bảo cho điều kiện phun
nhiên liệu được chính xác, các thơng số kết cấu và hiệu suất thể tích được nạp sẵn vào
bộ nhớ ROM của bộ điều khiển điện tử.
Lượng nhiên liệu phun khơng chỉ phụ thuộc vào lượng khí nạp, buồng cháy
động cơ mà còn phụ thuộc nhiều yếu tố đặc trưng cho tình trạng làm việc của động
cơ, ví dụ như số vòng quay động cơ, nhiệt độ nước làm mát... Bộ xử lý cũng sử dụng
các tín hiệu nhận được từ các cảm biến đo các yếu tố đặc trưng cho tình trạng làm
việc của động cơ để điều chỉnh lượng phun sao cho đạt được tỉ lệ hỗn hợp thích ứng
với điều kiện làm việc của động cơ.
1.3.5. Xác định góc phun sớm
Cũng tương tự như nguyên tắc điều khiển lượng phun, bộ xử lý điều khiển góc
phun sớm trên cơ sở tín hiệu thu được từ cảm biến đo số vòng quay động cơ và các
cảm biến xác định trạng thái động cơ.
Để lựa chọn góc phun sớm tốt nhất được xác định nhờ thực nghiệm bằng cách
xây dựng đặc tính điều chỉnh góc phun sớm của động cơ. Đặc tính điều chỉnh góc
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 9
Lớp: 08LTĐL
phun sớm được thực hiện ở điều kiện không thay đổi tốc độ n và lượng nhiên liệu cấp
cho chu trình.
Từ những thực nghiệm người ta đưa ra dãy góc phun sớm tuỳ thuộc vào tốc độ
động cơ và tải trọng, góc phun sớm nằm trong giới hạn từ 15 ÷ 350 . Từ đó người ta
đưa ra bảng giá trị góc phun sớm ứng với từng tốc độ và tải trọng động cơ gọi là góc
phun sớm cơ sở.
Như vậy khi động cơ hoạt động, bộ xử lý nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí trục
khuỷu, cảm biến vị trí bàn đạp ga, áp suất trên đường ống nạp để xác định số vòng
quay và tải trọng, động cơ tại thời điểm đó. Với hai thơng số này, bộ xử lý đối chiếu
vào bảng góc phun sớm cơ sở để lấy ra giá trị góc phun sớm, sau đó bộ xử lý căn cứ
vào giá trị thu được từ các cảm biến khác nhau như : cảm biến nước làm mát, cảm
biến nhiệt độ khí nạp để hiệu chỉnh và có giá trị góc phun sớm thích hợp. Giá trị được
bộ xử lý dùng để điều khiển bộ phận thừa hành ở đầu ra : bơm, và vòi phun ...
1.3.6. Bộ xử lý
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 10
Lớp: 08LTĐL
Hình 1.4: Sơ đồ khối điều khiển điện tử phun nhiên liệu.
Như đã trình bày trên, căn cứ vào tín hiệu gởi về từ các cảm biến, hệ thống xử
lý so sánh với các thơng tin đã được lập trình sẵn trong bộ nhớ và xác định các thông
số đầu ra để điều khiển các bộ phận thừa hành, đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu cho
động cơ.
1.3.6.1 Bộ ổn áp bên trong
Vì bộ xử lý và các cảm biến địi hỏi một điện áp làm việc rất ổn định, nên trong
bộ điều khiển có lắp một bộ ổn áp. Bộ ổn áp điện này cung cấp cho bộ xử lý một điện
áp có giá trị xác định và ổn định.
1.3.6.2. Xử lý tín hiệu vào
Bộ xử lý tín hiệu đầu vào thu nhập những tín hiệu từ các cảm biến, dưới dạng
tín hiệu xung, tín hiệu điện áp biến đổi, tín hiệu tần số…. Để đưa vào xử lý, biến đổi
chúng thành các tín hiệu số. Tín hiệu là sự kết hợp giữa các mức điện áp có và khơng,
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 11
Lớp: 08LTĐL
mức điện áp có là số 1 và mức điện áp khơng là số 0. Tín hiệu phải được biến sang
dạng số vì bộ xử lý chỉ có thể làm việc với các tín hiệu 0 và 1.
Một trong các bộ biến đổi dùng phổ biến trong bộ điều khiển là bộ biến đổi
tương tự số, viết tắt là A/D(Analog to digital converters). Bộ này dùng để biến đổi tín
hiệu điện áp một chiều có giá trị thay đổi sang tín hiệu dạng số để bộ xử lý có thể làm
việc được.
Các cảm biến mạch tương tự, như cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến nhiệt
độ, cảm biến vị trí trục bơm cao áp ... là những ví dụ của cảm biến tạo ra tín hiệu điện
áp tương tự thay đổi.
2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV
2.1. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ 2KD-FTV
Hãng sản xuất
Loại động cơ
Số xy lanh và cách bố trí
Cơ cấu xupap
Kiểu động cơ
Dung tích xi lanh (cc)
Đường kính xylanh (mm)
Hành trình S (mm)
Tỷ số nén
Công suất lớn nhất (KW/v/ph)
Momen xoắn cực đại (N.m/v/ph)
Loại xe
Hộp số
Hệ thống nhiên liệu
Loại nhiên liệu
Mức độ tiêu thụ nhiên liệu
Dài (mm)
Rộng (mm)
Cao (mm)
Chiều dài cơ sở (mm)
Chiều rộng cơ sở trước/sau
Trọng lượng không tải (kg)
Số cửa
TOYOTA Fortuner
2.5L Diesel Common Rail tăng áp
4 xy lanh thẳng hàng, 16 xupap
dẫn động đai và bánh răng
2KD-FTV
2494cc
92
93,8
18,5
75/3600
260/2400
SUV
5 số sàn
Loại ống phân phối
Diesel
8.7lít/100 km
4695mm
1840mm
1850mm
2750mm
1540/1540mm
1790-1810kg
5cửa
2.2. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ 2KD-FTV
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Lớp: 08LTĐL
Trang: 12
Động cơ 2KD-FTV của hãng TOYOTA là loại động cơ 4 kỳ 4 xylanh được
đặt thẳng hàng và làm việc theo thứ tự nổ 1-3-4-2. Động cơ có cơng suất lớn 75
KW/3600 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 đươc chất lượng nạp và thải (nạp đầy, thải sạch), nhằm tăng công suất
động cơ, giảm được lượng khí thải độc hại gây ơ nhiễm môi trường. Với hệ thống
phun nhiên liệu diesel bằng hệ thống tích luỹ nhiên liệu và điều khiển bằng ECU và
hệ thống tuần hồn khí xả tạo cho động cơ ln làm việc ở chế độ an tồn và hiệu quả
cao.
2.2.1.Các bộ phận chính trong đơng cơ
*Nhóm piston:
Chốt piston, vịng hãm, xécmăng dầu, xécmăng khí
*Thanh truyền:
Đầu nhỏ thanh truyền, đầu to thanh truyền, bạc lót
*Trục khuỷu :
Cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu.
*Bánh đà:
*Thân máy và nắp xylanh: Nắp xylanh, gioăng, thân máy của động cơ.
*Cơ cấu phân phối khí: Bánh răng dẫn động cam nạp, bánh răng dẫn động
cam xả, cam nạp, cam xả, lò xò xupap, xupap, đai dẫn động.
*Hệ thống làm mát.
*Hệ thống bôi trơn.
2.2.2. Hệ thống tăng áp
Hệ thống tăng áp trên động cơ 2KD-FTV là loại tăng áp kiểu tuabin khí, được
làm mát trung gian. Bộ tuabin tăng áp gồm hai phần chính là tuabin và máy nén khí,
cùng với các cơ cấu phụ khác như bạc đỡ trục, thiết bị bao kín, hệ thống bôi trơn và
làm mát ....
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 13
Lớp: 08LTĐL
Hình 2.1 : Sơ đồ tăng áp tuabin khí.
Tuabin tăng áp trên động cơ là loại tuabin tăng áp hướng kính
Hình 2.2 : Kết cấu tuabin - máy nén.
1- Vỏ máy nén ; 2- Vỏ tuabin ; 3- Thân tuabin máy nén; 4- Bánh công tác máy nén ;
5- Bánh công tác tuabin; A- Cửa hút khơng khí vào máy nén; B- Của thốt khí xả ra
khỏi tuabin; C- Cửa thơng đường khí xả động cơ; D- Cung cấp dầu bôi trơn; EĐường dầu về.
Nguyên lý làm việc: Khí thải động cơ qua đường ống, thổi vào cánh của tuabin,
sau khi giãn nở tới áp suất khí trời thì thốt qua cửa thải của tuabin ra ngoài. Máy nén
do tuabin dẫn động được quay cùng vận tốc của tuabin nhờ trục, làm tăng áp suất và
vận tốc của khơng khí đi trong bánh cơng tác của máy nén, sau đó một phần động năng
của dịng khí qua vành tăng áp đựơc chuyển thành áp năng. Nhờ đó, sau khi đi qua bộ
tuabin tăng áp, khơng khí đã được nén sơ bộ trước khi đi vào xilanh động cơ.
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 14
Lớp: 08LTĐL
Khí thải từ động cơ qua cửa miệng phun tác động vào bánh cơng tác làm quay
trục rơto. Khí thải được thải qua hệ thống thải, đồng thời ở máy nén khi trục rơto quay
dẫn động bánh cơng tác quay, hút khơng khí từ ngồi mơi trường xung quanh qua bầu
lọc, vào máy nén qua cửa nạp. Dưới tác dụng quay của bánh cơng tác khơng khí nạp
lần lượt được nén qua bánh cơng tác, qua vành tăng áp, vịng xoắn ốc, sau đó theo
đường ống nạp nạp vào xilanh động cơ qua cửa nạp.
Máy nén dùng để tăng áp cho động cơ có nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành
năng lượng của dịng khí tạo ra áp suất nào đó để cung cấp vào xylanh động cơ. Loại
máy nén trên đông cơ 2KD-FTV là loại máy nén ly tâm.
Ưu điểm: Tuốc bin tăng áp trong động cơ là loại tuốc bin khí xả nên tiết kiệm
được năng lượng dẫn động máy nén, đồng thời tận dụng được năng lượng khí xả. Do
vậy, nâng cao được cơng suất có ích của động cơ, cải thiện được tính kinh tế nhiên liệu
của động cơ.
Nhược điểm: Do tuốc bin tăng áp khơng có liên hệ động lực với trục khuỷu
động cơ nên ở các chế độ tải bộ phận, do năng lượng khí xả nhỏ, công suất tuốc bin
giảm, do vậy áp suất tăng áp giảm nhanh, đến một lúc nào đó sẽ nhỏ hơn áp suất khí
xả nên làm xấu chất lượng quét. Mặt khác, hệ số dư lượng khơng khí giảm làm xấu
chất lượng cháy. Do đó, làm giảm cơng suất của động cơ.
2.3. KHẢO SÁT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV
2.3.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Lớp: 08LTĐL
Trang: 15
11
NE
G
8
7
ECU
EDU
Cm biãú
n
khạc
9
4
14
13
10
5
6
3
2
1
12
Hình 2.3 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV.
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- EDU ; 8- ECU ; 9Đường 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 q 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 ln được cấp nhiên liệu để phục
vụ cho việc phun nhiên liệu. Nhiên liệu trong ống ln 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
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 16
Lớp: 08LTĐL
phun, thơng 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.
Common Rail là một hệ thống phun được điều khiển bằng ECU. EDU điều
khiển và giám sát quá trình phun bằng những giá trị cần thiết được mặc định sẵn cho
quá trình phun nhiên liệu.
Hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ 2KD-FTV có những đặc tính sau:
+ Áp suất nhiên liệu, lượng phun, và thời điểm phun được điều khiển bằng
điện tử vì vậy điều khiển tốc độ động cơ đạt độ chính xác cao.
+ Áp suất nhiên liệu cao cho nên việc hồ trộn nhiên liệu – khơng khí trong
buồng cháy tốt hơn.
+ Tích trữ nhiên liệu áp suất cao, nhiên liệu được phun vào áp suất cao ở mỗi
dải tốc độ động cơ.
Với những đặc tính như trên thì động cơ 2KD-FTV có tính hiệu năng, tính
kinh tế nhiên liệu tăng cao, tiếng ồn nhỏ ít rung động và khí thải sạch.
2.3.2. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV
Hệ thống nhiên liệu động cơ có những nhiệm vụ sau :
- Chứa nhiên liệu dự trữ, đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong một
khoảng thời gian quy định.
- Lọc sạch nước và các tạp chất cơ học có lẫn trong nhiên liệu
- Cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết cho mỗi chu trình ứng với chế độ làm
việc quy định của động cơ.
- Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xy lanh theo trình tự làm việc quy định
của động cơ.
- Cung cấp nhiên liệu vào xy lanh động cơ đúng lúc theo một quy luật đã định.
- Phun tơi và phân bố đều nhiên liệu trong thể tích môi chất trong buồng cháy,
bằng cách phối hợp chặt chẽ hình dạng kích thước và phương hướng của các tia nhiên
liệu với hình dạng buồng cháy và cường độ vận động của mơi chất trong buồng cháy.
Diễn biến chu trình công tác của động cơ Diesel chủ yếu phụ thuộc vào tình
hình hoạt động của thiết bị cung cấp nhiên liệu. Tốc độ toả nhiệt của nhiên liệu và
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 17
Lớp: 08LTĐL
dạng đường cong của áp suất mơi chất cơng tác trong q trình cháy biến thiên theo
góc quay trục khuỷu chủ yếu phụ thuộc vào những yếu tố sau:
- Thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu (tức là góc phun sớm 1).
- Biến thiên của tốc độ phun (tức là quy luật cấp nhiên liệu ).
- Chất lượng phun (thể hiện bằng mức phun nhỏ và đều).
- Sự hoà trộn giữa nhiên liệu với khí nạp trong buồng cháy.
- Thời gian cung cấp nhiên liệu kéo dài 20450 độ góc quay trục khuỷu (tức là
khoảng 0,00330,0075 [s]) khi n = 100 [vg/ph]. Trong khoảng thời gian đó áp suất
nhiên liệu từ 0,150,2 [MN/m2]. Trong đường dẫn nhiên liệu tới vòi phun, trong vòi
phun áp suất tăng lên tới mấy chục [MN/m2]. Áp suất phun nhiên liệu cao như vậy là
nhằm đảm bảo yêu cầu phun nhỏ và đều, đồng thời nhằm đảm bảo cấp nhiên liệu vào
xy lanh động cơ với một tốc độ cần thiết.
2.3.3. Common Rail là một hệ thống phun tích luỹ - chức năng
Việc tạo ra áp suất và việc phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau trong
hệ thống Common Rail. Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ động cơ và
lượng nhiên liệu phun ra. Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong bộ tích áp suất
cao (high-pressure accumulator) và sẵn sàng để phun. Lượng nhiên liệu phun ra được
quyết định bởi tài xế, và thời điểm phun cũng như áp lực phun được tính tốn bằng
ECU và các biểu đồ đã lưu trong bộ nhớ của nó. Sau đó ECU sẽ điều khiển các kim
phun phun tại mỗi xy lanh động cơ để phun nhiên liệu.
Động cơ 2KD-FTV với hệ thống nhiên liệu Common Rail có các chức năng sau
2.3.3.1. Chức năng chính
Chức năng chính là việc điều khiển việc phun nhiên liệu đúng thời điểm, đúng
lưu lượng, đúng áp suất, đảm bảo cho động cơ diesel không chỉ hoạt động êm diu mà
còn tiết kiệm nhiên liệu.
2.3.3.2. Chức năng phụ
Chức năng phụ của hệ thống là điều khiển vịng kín và vịng hở, khơng những
giảm độ độc hại của khí thải và lượng nhiên liệu tiêu thụ mà còn làm tăng tính an
tồn, sự thoải mái và tiện nghi. Ví dụ như hệ thống luân hồi khí thải (EGR- exhaust
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 18
Lớp: 08LTĐL
gas recircalation), điều khiển turbo tăng áp, điều khiển ga tự động và thiết bị chống
trộm.
Hệ thống Common Rail thực hiện những chức năng sau :
+ Cung cấp nhiên liệu cho động cơ diesel.
+ Tạo ra áp suất sự cần thiết cho quá trình phun nhiên liệu và phân phối nhiên
liệu đến những xylanh riêng lẻ.
+ Phun một lượng nhiên liệu chính xác tại một thời điểm thích hợp khác với
các hệ thống phun khác Common Rail là một hệ thống phun tích luỹ.
2.3.3.3 Chức năng hạn chế ô nhiễm
2.3.3.3.1. Thành phần hỗn hợp và tác động đến quá trình cháy
So với động cơ xăng, động cơ diesel đốt nhiên liệu khó bay hơi hơn (nhiệt độ
sôi cao), nên việc tạo hỗn hợp khí khơng chỉ diễn ra trong giai đoạn phun và bắt đầu
cháy, mà cịn trong suốt q trình cháy. Kết quả là hỗn hợp không đồng nhất. Động
cơ diesel luôn hoạt động ở chế độ nghèo, mức tiêu hao nhiên liệu, muội than, CO, HC
sẽ tăng lên nếu không đốt cháy ở chế độ nghèo hợp lý.
Tỉ lệ hỗn hợp được quyết định bởi các thông số :
- Áp suất phun.
- Thời gian phun.
- Kết cấu lỗ tia.
- Thời điểm phun.
- Vận tốc dịng khí nạp.
- Khối lượng khơng khí nạp.
Tất cả các đại lượng trên đều ảnh hưởng đến mức tiêu hao nhiên liệu và nồng
độ khí thải. Nhiệt độ q trình cháy q cao và lượng ơxy nhiều sẽ làm tăng lượng
NOx. Muội than sinh ra khi hỗn hợp quá nghèo.
2.3.3.3.2. Hệ thống nạp lại khí thải ( EGR )
Khi khơng có EGR, khí NOx sinh ra vượt mức quy định về khí thái, ngược lại
muội than sinh ra sẽ nằm trong giới hạn. EGR là một phương pháp để giảm lượng
NOx sinh ra mà không làm tăng nhanh lượng khói đen. Điều này có thể thực hiên rất
hiệu quả với hệ thống common rail với tỉ lệ hịa khí mong muốn đạt được nhờ vào áp
suất phun cao. Với EGR, một phần của khí thải được đưa vào ống nạp ở chế độ tải
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 19
Lớp: 08LTĐL
nhỏ của động cơ. Điều này không chỉ làm giảm lượng Oxy mà cịn làm giảm hiệu quả
của q trình cháy và nhiệt độ cực đại. Kết quả là làm giảm lượng NOx. Nếu có q
nhiều khí thải được nạp lại (q 40% thể tích khí nạp), thì khói đen, CO và HC sẽ
sinh ra nhiều cũng như tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng vì thiếu Oxy.
2.3.3.3.3. Ảnh hưởng của việc phun nhiên liệu
Thời điểm phun, đường đặc tính phun, sự phun sương tơi của nhiên liệu cũng
ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải.
* Thời điểm phun.
Nhờ vào nhiệt độ quá trình thấp hơn, phun nhiên liệu trễ làm giảm lượng NOx.
Nhưng nếu phun quá trễ thì lượng HC sẽ tăng và tiêu hao nhiên liệu sẽ nhiều hơn, và
khói đen sinh ra ở chế độ tải lớn. Nếu thời điểm phun chỉ lệch đi 1o khỏi giá trị lí
tưởng thì lượng NOx có thể tăng lên 5%. Ngược lại thời điểm phun sai lệch hơn 2o thì
có thể làm cho áp suất đỉnh tăng lên 10 bar, trễ đi 2 o có thể làm tăng nhiệt độ khí
thải thêm 20oC. Với các yếu tố cực kì nhạy cảm nêu trên, ECU cần phải điều chỉnh
thời điểm phun chính xác tối đa.
* Đường đặc tính phun.
Đường đặc tính phun quy định sự thay đổi lượng nhiên liệu được phun vào
trong suốt một chu kỳ phun (từ lúc bắt đầu phun cho đến lúc kết thúc phun ). Đường
đặc tính phun quyết định lượng nhiên liệu phun ra trong suốt giai đoạn cháy trễ (giữa
thời điểm bắt đầu phun và bắt đầu cháy). Hơn nữa nó cũng ảnh hưởng đến sự phân
phối của nhiên liệu trong buồng đốt và có tác dụng tận dụng hiệu quả của dịng khí
nạp. Đường đặc tính phun phải có độ dốc từ từ để nhiên liệu phun ra trong quá trình
cháy trễ được giữ thấp nhất, nhiên liệu diesel bốc cháy tức thì, ngay khi quá trình
cháy bắt đầu gây ra tiếng ồn và sự tạo thành NOx. Đường đặc tính phun phải có đỉnh
khơng q nhọn để đề phịng hiện tượng nhiên liệu không được phun sương tơi - yếu
tố dẫn đến lượng HC cao, khói đen và tăng tiêu hao nhiên liệu suốt giai đoạn cuối
cùng của quá trình cháy.
* Sự phun sương tơi nhiên liệu.
Nhiên liệu được phun sương tơi tốt thúc đẩy hiệu quả hịa trộn giữa khơng khí
và nhiên liệu. Nó đóng góp vào việc giảm HC và khói đen trong khí thải. Với áp suất
phun cao và hình dạng hình học tối ưu của lỗ tia kim phun giúp cho sự phun sương
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 20
Lớp: 08LTĐL
tơi nhiên liệu tốt hơn. Để ngăn ngừa muội than, lượng nhiên liệu phun ra phải được
tính dựa vào lượng khí nạp. Điều này địi hỏi lượng khí nạp phải nhiều hơn từ 10 - 40
%.
2.3.4. Đặc tính phun của hệ thống Common Rail
So với đặc điểm của hệ thống nhiên liệu cũ thì các yêu cầu sau đã được thực
hiện dựa vào đường đặc tính phun lý tưởng :
- Lượng nhiên liệu và áp suất nhiên liệu phun độc lập với nhau trong từng điều
kiện hoạt động của động cơ (cho phép dễ đạt được tỉ lệ hỗn hợp A/F lí tưởng).
- Lúc bắt đầu phun, lượng nhiên liệu phun ra chỉ cần một lượng nhỏ.
Các yêu cầu trên đã được thỏa mãn bởi hệ thống Common Rail. Với đặc điểm
phun hai lần : phun sơ khởi và phun chính.
PR
(Pm)
Giai âoả
nphunsåkhåíi
Giai âoả
n
phunchênh.
Hình. 2.4 : Đường đặc tính phun của hệ thống Common Rail.
Hệ thống Common Rail là hệ thống thiết kế theo module, có các thành phần
- Kim phun điều khiển bằng van điện từ (solenoid) được gắn vào nắp máy.
- Ống tích trữ nhiên liệu (ống phân phối áp lực cao).
- Bơm cao áp (bơm tạo áp lực cao)
Các thiết bị sau được sự hoạt động điều khiển của hệ thống :
- ECU
- Cảm biến tốc độ trục khuỷu.
- Cảm biến tốc độ trục cam.
- Các loại cảm biến khác.
Về cơ bản, kim phun được nối với ống tích nhiên liệu áp suất cao (rail) bằng
một đường ống ngắn. Kết hợp với đầu phun và van điện từ (solenoid) được cung cấp
điện qua ECU. Khi van solenoid không được cấp điện thì kim ngừng phun. Nhờ áp
suất phun khơng đổi, lượng nhiên liệu phun ra sẽ tỉ lệ với độ dài của xung điều khiển
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 21
Lớp: 08LTĐL
solenoid. Yêu cầu mở nhanh solenoid được đáp ứng bằng việc sử dụng điện áp cao và
dòng lớn. Thời điểm phun được điều khiển bằng hệ thống điều khiển góc phun sớm.
Hệ thống này dùng một cảm biến trên trục khuỷu để nhận biết tốc độ động cơ, và một
cảm biến trên trục cam để nhận biết kỳ hoạt động.
* Phun sơ khởi ( pilot injection ).
Phun sơ khởi diễn ra sớm đến 90o trước điểm chết trên (ĐCT). Nếu thời điểm
phun sơ khởi xuất hiện nhỏ hơn 400, nhiên liệu có thể bám vào bề mặt của piston và
thành xi lanh và làm lỗng dầu bơi trơn.
Trong giai đoan phun sơ khởi, một lượng nhỏ nhiên liệu (1-4 mm3) được phun
vào xy lanh để ‘’mồi’’. Kết quả là quá trình cháy được cải thiện và đạt được một số
hiệu quả sau :
Áp suất cuối q trình nén tăng một ít nhờ vào giai đoạn phun sơ khởi và nhiên
liệu cháy một phần. Điều này giúp giảm thời gian trễ cháy, sự tăng đột ngột của áp
suất khí cháy và áp suất cực đại (quá trình cháy êm dịu hơn). Kết quả là giảm tiếng ồn
của động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và trong nhiều trường hợp giảm được độ độc
hại của khí thải. Q trình phun sơ khởi góp phần gián tiếp vào việc tăng công suất
động cơ.
* Giai đoạn phun chính ( main injection ).
Cơng suất đầu ra của động cơ phụ thuộc vào giai đoạn phun chính tiếp theo
giai đoạn phun sơ khởi. Điều này có nghĩa là giai đoạn phun chính giúp tăng lực kéo
của động cơ. Với hệ thống Common Rail, áp suất phun vẫn giữ không đổi trong suốt
quá trình phun.
* Giai đoạn phun thứ cấp ( secondary injection ).
Theo quan điểm xử lý khí thải, phun thứ cấp có thể được áp dụng để đốt cháy
NOx. Nó diễn ra sau ngay giai đoạn phun chính và được xác định để xảy ra trong quá
trình giãn nở. Ngược lại so với quá trình phun sơ khởi và phun chính, nhiên liệu phun
vào khơng được đốt cháy mà để bốc hơi nhờ vào sức nóng của khí thải ở ống thải.
Trong suốt kỳ thải hỗn hợp khí thải và nhiên liệu được đẩy ra ngoài hệ thống thốt
khí thải thơng qua xupap thải. Tuy nhiên một phần của nhiên liệu được đưa lại buồng
đốt thông qua hệ thống ln hồi khí thải EGR và có tác dụng tương tự như chính giai
đoạn phun sơ khởi. Khi bộ hóa khử được lắp để làm giảm NO x, chúng tận dụng nhiên
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 22
Lớp: 08LTĐL
liệu trong khí thải như là một nhân tố hóa học để làm giảm nồng độ NO x trong khí
thải.
2.4. KẾT CẤU HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV
Kết cấu hệ thống nhiên liệu Common Rail của động cơ 2KD-FTV chia thành
hai vùng : Vùng áp suất thấp và vùng áp suất cao.
2.4.1. Vùng áp suất thấp
Vùng áp suất thấp có nhiệm vụ đưa nhiên liệu lên vòng cao áp, bao gồm các bộ
phận :
+ Thùng chứa nhiên liệu.
+ Các đường ống nhiên liệu áp suất thấp
+ Lọc nhiên liệu.
2.4.1.1 Bình chứa nhiên liệu
Bình chứa nhiên liệu phải làm từ vật liệu chống ăn mịn và giữ cho khơng bị rị
rỉ ở áp suất gấp đơi áp suất hoạt động bình thường. Van an tồn trong bình phải được
lắp để khi áp suất q cao có thể tự thốt ra ngồi. Nhiên liệu cũng khơng được rị rỉ ở
cổ nối với bình lọc nhiên liệu hay ở thiết bị bù áp suất khi xe rung xóc nhỏ, cũng như
khi xe vào đường vịng hoặc dừng hay chạy trên đường dốc. Bình nhiên liệu và động
cơ phải đặt xa nhau để khi tai nạn xảy ra khơng có nguy cơ cháy nổ.
2.4.1.2. Đường nhiên liệu áp suất thấp
Đường ống nhiên liệu mềm được bọc thép thay thế cho đường ống bằng thép
và được dùng trong ống áp suất thấp, như đường ống nhiên liệu từ bình chứa nhiên
liệu tới bơm cao áp. Tất cả các bộ phận mang nhiên liệu phải được bảo vệ khỏi tác
động của nhiệt độ.
2.4.1.3. Lọc nhiên liệu
Sự làm việc lâu dài làm cho hiệu quả của bơm cung cấp nhiên liệu cũng như
vòi phun và bơm phân phối phụ thuộc vào chất lượng lọc của lọc nhiên liệu.
* Nhiệm vụ của bầu lọc tinh :
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 23
Lớp: 08LTĐL
Bầu lọc tinh lọc tạp chất cơ học có kích thước 0,0020,003 mm ra khỏi nhiên
liệu (trong khi đó khe hở xy lanh và piston bơm 0,0025mm) nên bầu lọc đảm bảo cho
hệ thống làm việc tốt.
2
10
B
3
1
4
5
6
7
A
8
9
Hình. 2.5 : Bình lọc nhiên liệu.
1- Đường ống vào ; 2- Bơm tay ; 3- Công tắc cảnh báo bình lọc ; 4- Đường ra ; 5Vành đai ốc ; 6- Lõi lọc nhiên liệu ; 7- Vỏ ; 8- Công tắc cảnh báo mức nước lắng
đọng ; 9- Vít xả khí
Bình lọc này gồm có vỏ 7 làm bằng nhựa, lõi lọc 6 gồm các phiến lọc làm
bằng sợi bông, bao lụa và lưới lọc để lọc tạp chất bẩn trong nhiên liệu, bơm tay 2 để
bơm xả khơng khí khi bình chứa nhiên liệu bị cạn, thay lọc nhiên liệu hoặc khơng
khí bị lọt vào trong ống dẫn nhiên liệu, công tắc cảnh báo lọc nhiên liệu 3 để cảnh
báo bình lọc nhiên liệu khi có sự cố (như tắc bộ lọc), vành đai ốc 5 dùng để bắt chặt
nắp đậy vỏ và lõi lọc với nhau, công tắc cảnh báo mức nước lắng đọng 8 và vít xã
nước lắng đọng.
Nhiên liệu từ bình chứa vào bình lọc từ ống 1 đến đường ống 10 nằm phía dưới
nắp đậy được nối thơng với khoang A nhiên liệu từ khoang A đi qua lõi lọc 6 tại đây
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 24
Lớp: 08LTĐL
tạp chất bẩn tách khỏi nhiên liệu và lắng đọng xuống dưới đáy khoang A nhiên liệu
lọc sạch đi vào khoang B và đi ra đến bơm cao áp từ đầu nối 4 , nhiên liệu bẩn được
xả ra từ vít 9 ra khỏi bình lọc.
Hình.2.6 : Sơ đồ mạch điện cơng tắc cảnh báo lọc NL
Trong bình lọc nhiên liệu của của hệ thống Common Rail lõi lọc làm sợi bông.
Một bộ lọc nhiên liệu khơng thích hợp có thể dẫn đến hư hỏng cho các thành phần
của bơm, van phân phối và kim phun. Bộ lọc nhiên liệu làm sạch nhiên liệu trước khi
đưa đến bơm cao áp, và do đó ngăn ngừa sự mài mòn nhanh của các chi tiết bơm.
Nước xâm nhập vào hệ thống nhiên liệu có thể làm hư hỏng hệ thống ở dạng ăn
mịn. Vì vậy bình lọc này có gắn cơng tắc cảnh báo nước lắng đọng để báo mức nước
quá giới hạn cho phép của bình lọc, để xả nước ra khỏi bình lọc và bình lọc này cũng
có gắng cơng tắc cảnh báo lọc nhiên liệu, báo khi bình lọc tắc nghẽn làm cho hệ
thống nhiên liệu làm việc ổn định và an tồn hình. 2.6 là sơ đồ làm việc các cơng tắc
bộ lọc với ECU.
2.4.2. Vùng áp suất cao
Vùng áp suất cao của hệ thống Common Rail động cơ 2KD-FTV có nhiệm vụ
tạo ra một áp suất cao không đổi trong đường ống tích luỹ áp suất và phun nhiên liệu
vào buồng cháy động cơ, bao gồm :
- Bơm cao áp với van điều khiển áp suất.
- Đường ống nhiên liệu áp suất cao, tức ống phân phối đóng vai trị của bộ tích
áp suất cao cùng với cảm biến áp suất nhiên liệu, van giới hạn áp suất, kim phun và
đường ống dầu về.
2.4.2.1. Bơm cao áp
Đồ án tổng hợp:
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Trang: 25
Lớp: 08LTĐL
Bơm cao áp 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. Nhiên liệu sau khi ra khỏi bơm
cao áp được vận chuyển vào bộ phận tích luỹ cao áp.
Bơm cao áp tạo áp lực nhiên liệu đến một áp suất lên đến 180MPa. Bơm cao áp
được lắp đặt tốt nhất ngay trên động cơ như ở hệ thống nhiên liệu của bơm phân phối
loại cũ. Nó được dẫn động bằng động cơ (tốc độ quay bằng 1/2 tốc độ động cơ, nhưng
tối đa là 8000 vòng/phút) thông qua khớp nối bằng bánh răng với động cơ và được bơi
trơn bằng chính nhiên liệu nó bơm. Van điều khiển áp suất được lắp trên bơm
Bên trong bơm cao áp nhiên liệu được nén bằng 2 piston bơm được bố trí đối
xứng. Do 2 bơm piston hoạt động luân phiên trong một vòng quay tạo được áp suất
cao và liên tục nhiên liệu đến ống phân phối và cách đặt bơm như vậy chỉ làm tăng
nhẹ lực cản của bơm. Do đó ứng suất trong hệ thống dẫn động vẫn giữ đồng bộ. Điều
này có nghĩa hệ thống Common Rail đặt ít tải trọng lên hệ thống truyền động hơn so
với hệ thống cũ. Công suất yêu cầu để dẫn động bơm rất nhỏ và tỉ lệ với áp suất trong
đường ống phân phối và tốc độ bơm.
11
11
Hình 2.7 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động bơm cao áp.
1- Cam khơng đồng trục và cam vịng ; 2- Lò xo hồi của piston bơm ; 3- Piston
; 4- Van
chiều ;sát
5- hệ
Vanthống
hút ; 6Van liệu
đẩy ;động
7- Đường
nhiên liệu đến ống
Đồbơm
án tổng
hợp:một Khảo
nhiên
cơ: 2KD-FTV
phân phối ; 8- Đường nhiên liệu vào ; 9- Bơm nạp ; 10- Van SCV ; 11- Trục bơm.
