Tính toán sức bền của Động cơ diesel

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (617.49 KB, 43 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô</b>

<b> NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC ThS. NGUYỄN HOÀNG LUÂN</b>

<b>Đồng Nai, 22/4/2024</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>LỜI CẢM ƠN</b>

<b>Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo TS. Nguyễn Hồng Ln, giảngviên Bộ mơn Tính tốn động cơ đốt trong - trường Đại Học Lạc Hồng người đã tận tình</b>

hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm báo cáo.

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại Học Lạc Hồng nói chung, các thầy cơ trong Khoa Cơ Điện – Điện Tử nói riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập.

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt q trình học tập và hồn thành bài báo cáo.

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên, báo cáo này không thể tránh được những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cơ để tơi có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình, phục vụ tốt hơn cơng tác thực tế sau này.

Đồng Nai, ngày 20 tháng 4 năm 2024 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Nhật Tân Bùi Thanh Thiết Võ Thái Sang Đỗ Hoàng Sang

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

Mục Lục

<b>Y</b>

CHƯƠNG 1: tổng quan về hệ thống nhiên liệu động cơ dies

1.1.quá trình phát triển động cơ diesel...1

1.2. Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel...1

1.2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel...1

1.2.2. Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel...2

1.2.3. Các dạng cấu tạo bơm cao áp trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel...4

1.2.3.1. Bơm cao áp (Bosch)...4

1.2.3.2. Bơm phân phối...5

1.2.4. Đặc điểm hình thành hỗn hợp trong động cơ diesel...6

1.3. HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN PHUN NHIÊN LIỆU...7

1.3.1. Hệ thống thu thập thông tin về điều kiện làm việc của động cơ...7

CHƯƠNG 2: Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel...10

2.1 Common Rail là một hệ thống phun tích luỹ...10

2.2 Thành phần hỗn hợp và tác động đến quá trình cháy...11

2.2.1 Hệ thống nạp lại khí thải ( EGR )...12

2.2.2 Ảnh hưởng của việc phun nhiên liệu...12

2.2.3 Đặc tính phun của hệ thống Common Rail...13

2.3 kết cấu hệ thống nhiên liệu động cơ diesel...15

2.3.1. Vùng áp suất thấp...15

2.3.4 Vùng áp suất cao...17

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

3.4 Tính tốn q trình cháy :...27

3.5 Tính tốn q trình giãn nở :...30

3.6 Tính tốn các thơng số chu trình cơng tác...31

3.7 Vẽ vịng trịn Brick đặt phía trên đồ thị cơng :...33

3.7 Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị :...33

Danh Mục Hình

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu diesel...3

Hình 1.2: Bơm cao áp...4

Hình 1.3: Bơm phân phối...5

Hình 1.4: Sơ đồ khối điều khiển điện tử phun nhiên liệu...9

Hình 2.1: Đường đặc tính phun của hệ thống Common Rail...14

Hình 2.2: Bình lọc nhiên liệu...17

Hình 2.3: Sơ đồ mạch điện cơng tắc cảnh báo lọc NL...18

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động bơm cao áp...19

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Hình 2.5:Bơm piston...21 Hình 3.1: Đồ thị cơng chỉ thị...35

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNGCƠ DIESEL</b>

<b>1.1.Quá trình phát triển động cơ diesel</b>

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 quá trình điều khiển.

<b> 1.2. Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel</b>

<b> 1.2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel</b>

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.

1

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

+ 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 hồ khí được hình thành nhanh và đều.

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, không tồn đọng nhiên liệu và kết quả là động cơ chạy êm.

<b>1.2.2. Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel</b>

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 còn tiếp diễn trong xy lanh, suốt quá 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

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

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.

Nhiên liệu đi vào trong xylanh bơm cao áp khơng được lẫn khơng 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 hịa 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 vịi phun và trên bơm cao áp có bulơng xả khí.

<i> 1- Bulơng xả khí ; 2- Bầu lọc nhiên liệu ; 3, 5, 6, 10, 11- Ống dẫn nhiên liệu ; </i>

4-Vòi phu ; 7- Van tràn ; 8- Bơm cao áp ; 9- Bơm chuyển ; 12- Thùng chưa nhiên liệu ; 13- Bulông xả nước.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

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 dòng xốy lốc hướng kính 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.

<b>1.2.3. Các dạng cấu tạobơm cao áp trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 1.2.3.1. Bơm cao áp (Bosch)</b>

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 ; 16-Vít ; 17- Ống xoay ; 18- Đĩa trên ; 19- Lò xo bơm cao áp ; 20- Đĩa dưới ; 21- Bulông điều chỉnh ; 22- Con đội ; 23- Con lăn ; 24- Cam

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

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 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 vòi phun. Quá trình cấp nhiên liệu được tiếp diễn tới khi rãnh nghiêng trên đầu piston mở lỗ xả B thời điểm kết thúc cấp nhiên liệu, từ lúc ấy nhiên liệu từ 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.

<i> 1- Bạc xả ; 2- Thiết bị điều chỉnh thời gian phun ; 3- Vành cam ; 4- Con lăn ; </i>

5-Đĩa 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- Lò xo điều tốc ; 13- Màng chân không ; 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 ; 19-Van điện từ ; 20- Piston ; 21- 19-Van cao áp ; 22- Đầu nối với vòi phun

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b>Nguyên lý hoạt động: Dẫn động xoay piston 20 được trục bơm 6 dẫn động, còn dẫn động</b>

định tiến do vành cam 3 trên trục bơm 6 dẫn động. Trên sườn piston có các lỗ thốt 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 thông qua quan hệ tay đòn, quả văng tác động vào bạc xả 1 qua đó làm thay đổi thời điểm mở lỗ xả và thực hiện việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp theo chế độ làm việc của động cơ.

<b>1.2.4. Đặc điểm hình thành hỗn hợp trong động cơ diesel</b>

Nhiên liệu được phun vào buồng đốt từ 15<small>0 </small>- 30<small>0</small> 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, ngồi ra nhiên liệu diesel lại khó bay hơi hơn xăng nên phải được phun thật tơi và hoà trộn đều trong khơng gian buồng 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 q trình hình thành hỗn hợp và quá trình cháy như vậy nên để cho phù hợp thì động cơ diesel có rất nhiều loại buồng cháy khác nhau tuỳ theo cấu tạo của động cơ và mục đích sử dụng động cơ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>1.3. Hệ thống điện tử điều khiển phun nhiên liệu</b>

Đối với động cơ diesel có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá 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.

<b>1.3.1. Hệ thống thu thập thông tin về điều kiện làm việc của động cơ</b>

Các cảm biến cung cấp cho bộ xử lý về số vòng 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.

<b>1.3.2 Hệ thống xử lý</b>

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.

<b>1.3.3 Hệ thống thừa hành</b>

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.

7

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>1.3.4. Định lượng hỗn hợp nhiên liệu, khơng khí</b>

Lượng O<small>2</small>, dùng để đốt cháy nhiên liệu trong buồng cháy động cơ, là lượng O<small>2</small> trong khơng khí. Như ta biết khơng khí gồm hai thành phần là : O<small>2</small> và N<small>2</small> . Tính theo thành phần thể tích (thành phần mol) O<small>2</small> chiếm 21% cịn N<small>2</small> 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.

Lượng nhiên liệu phun không chỉ phụ thuộc vào lượng khí nạp, buồng cháy động cơ mà cịn phụ thuộc nhiều yếu tố đặc trưng cho tình trạng làm việc của động cơ, ví dụ như số vịng 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.

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 phun sớm được thực hiện ở điều kiện khơng thay đổi tốc độ n và lượng nhiên liệu cấp cho chu trình.

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

<i><b>Hình 1.4 Sơ đồ khối điều khiển điện tử phun nhiên liệu.</b></i>

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.

<b>1.3.6.1 Bộ ổn áp bên trong</b>

Vì bộ xử lý và các cảm biến đòi 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.

9

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

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, 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.

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<b>CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL</b>

<b>2.1 Common Rail là một hệ thống phun tích luỹ</b>

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.

<b>2.1.1 Chức năng chính </b>

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 khơng chỉ hoạt động êm diu mà cịn tiết kiệm nhiên liệu.

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 cịn làm tăng tính an toàn, sự thoải mái và tiện nghi. Ví dụ như hệ thống luân hồi khí thải (EGR- exhaust 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.

<b>2.2 Thành phần hỗn hợp và tác động đến quá trình cháy</b>

11

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

So với động cơ xăng, động cơ diesel đốt nhiên liệu khó bay hơi hơn (nhiệt độ sơi cao), nên việc tạo hỗn hợp khí không 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 : - 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 NO<small>x</small>. Muội than sinh ra khi hỗn hợp quá nghèo.

<b>2.2.1 Hệ thống nạp lại khí thải ( EGR )</b>

Khi khơng có EGR, khí NO<small>x</small> 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 NO<small>x </small>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 nhỏ của động cơ. Điều này không chỉ làm giảm lượng Oxy mà còn làm giảm hiệu quả của quá trình cháy và nhiệt độ cực đại. Kết quả là làm giảm lượng NO<small>x</small>. 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.

<b>2.2.2 Ảnh hưởng của việc phun nhiên liệu</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

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 NO<small>x</small>. 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 1<small>o</small> khỏi giá trị lí tưởng thì lượng NO<small>x</small> có thể tăng lên 5%. Ngược lại thời điểm phun sai lệch hơn 2<small>o</small> thì có thể làm cho áp suất đỉnh tăng lên 10 bar, trễ đi 2 <small>o</small> có thể làm tăng nhiệt độ khí thải thêm 20<small>o</small>C. Với các yếu tố cực kì nhạy cảm nêu trên, ECU cần phải điều chỉnh thời điểm phun chính xác tối đa.

<b>* Đường đặc tính phun.</b>

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 NO<small>x</small>.

* Sự phun sương tơi nhiên liệu.

Nhiên liệu được phun sương tơi tốt thúc đẩy hiệu quả hòa 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 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 %.

<b>2.2.3 Đặc tính phun của hệ thống Common Rail</b>

13

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

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.

<i><b>Hình 2.1 Đường đặc tính phun của hệ thống Common Rail.</b></i>

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.

</div>