Thiết lập mô hình hệ thống nhiên liệu tranh bị bơm cao áp kiểu phân phối sử dụng trên động cơ ô tô tải nhẹ phục vụ đào tạo

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
-----------------------------

LÝ MINH HIẾU
PHẠM LÊ NGỌC TÍN
53.CNOT

ĐỀ TÀI : “THIẾT LẬP MÔ HÌNH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
TRANG BỊ BƠM CAO ÁP KIỂU PHÂN PHỐI SỬ DỤNG
TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ TẢI NHẸ PHỤC VỤ ĐÀO TẠO”

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ

NHA TRANG - Tháng 6 , năm 2015


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
-----------------------------

LÝ MINH HIẾU
PHẠM LÊ NGỌC TÍN
53.CNOT

ĐỀ TÀI : “THIẾT LẬP MÔ HÌNH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
TRANG BỊ BƠM CAO ÁP KIỂU PHÂN PHỐI SỬ DỤNG
TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ TẢI NHẸ PHỤC VỤ ĐÀO TẠO”

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ

Cán bộ hướng dẫn : TS. LÊ BÁ KHANG

NHA TRANG - Tháng 6, năm 2015


LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân
thành đến Thầy TS. Lê Bá Khang đã dành thời gian quý báu, tận tình giúp đỡ, góp
ý và chỉ bảo những thiếu xót cho chúng em trong suốt thời gian thực hiện.
Xin gửi lời cảm ơn đến GV. Phạm Tạo đã giúp đỡ chúng em. Cảm ơn cơ sở
cân Heo béc HUY DŨNG ( 36 Lê Hồng Phong – Nha Trang – Khánh Hòa ) đã hỗ
trợ chúng em trong thời gian thực nghiệm đồ án.
Cuối cùng, nhóm chúng em xin gửi đến Thầy cô lời chúc sức khỏe, hạnh
phúc và thành công trong công tác giảng dạy và nghiên cứu khoa học.
Xin chân thành cảm ơn.
Nhóm sinh viên thực hiện
Lý Minh Hiếu
Phạm Lê Ngọc Tín


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ

DIESEL .................................................................................................................. 1
1.1. Chức năng và yêu cầu .................................................................................... 1
1.1.1. Chức năng................................................................................................ 1
1.1.2. Yêu cầu.................................................................................................... 1
1.1.2.1. Yêu cầu chung của hệ thống .............................................................. 1
1.1.2.2. Yêu cầu về việc dự trữ và lọc nhiên liệu ............................................ 1
1.1.2.3. Yêu cầu về việc cung cấp nhiên liệu trong động cơ diesel.................. 1
1.1.2.4. Yêu cầu về cấu trúc tia nhiên liệu ...................................................... 1
1.2. Quá trình tạo hỗn hợp cháy (HHC) của động cơ diesel .................................. 2
1.2.1. Đặc điểm quá trình hình thành HHC trong động cơ diesel........................ 2
1.2.2. Chất lượng quá trình tạo HHC ở động cơ diesel ....................................... 2
1.2.2.1. Độ đồng nhất của HHC...................................................................... 2
1.2.2.2. Chất lượng định lượng ....................................................................... 3
1.2.2.3. Chất lượng định thời .......................................................................... 4
1.2.2.4. Quy luật phun nhiên liệu.................................................................... 6
1.3. Các bộ phận cơ bản trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel ........................ 8
1.3.1. Thùng nhiên liệu ...................................................................................... 8
1.3.2. Bơm thấp áp............................................................................................. 9
1.3.3. Lọc nhiên liệu ........................................................................................ 11
1.3.4. Ống dẫn nhiên liệu ................................................................................. 13
1.3.5. Bơm cao áp ............................................................................................ 13


1.3.6. Vòi phun nhiên liệu................................................................................ 16
1.3.6.1. Vòi phun hở..................................................................................... 17
1.3.6.2. Vòi phun kín.................................................................................... 18
1.4. Phân loại hệ thống nhiên liệu động cơ diesel ............................................... 20
1.4.1. Theo phương pháp phun nhiên liệu vào động cơ .................................... 20
1.4.1.1. Hệ thống phun nhiên liệu bằng khí nén ............................................ 20
1.4.1.2. Hệ thống phun nhiên liệu bằng thủy lực........................................... 21

1.4.2. Theo phương pháp tạo và duy trì áp suất phun ....................................... 21
1.4.2.1. Phương pháp phun nhiên liệu trực tiếp............................................. 21
1.4.2.2. Phương pháp phun nhiên liệu gián tiếp ............................................ 22
1.4.3. Theo phương pháp định lượng nhiên liệu ............................................... 22
1.4.3.1. Hệ thống nhiên liệu điều chỉnh bằng cam dọc .................................. 22
1.4.3.2. Hệ thống nhiên liệu điều chỉnh bằng cách tiết lưu ............................ 23
1.4.3.3. Hệ thống nhiên liệu điều chỉnh bằng rãnh chéo trên piston .............. 24
1.4.3.4. Hệ thống nhiên liệu điều chỉnh bằng khâu phân lượng ..................... 26
1.5. Phương pháp tổ hợp các thành tố của hệ thống ............................................ 26
1.5.1. Hệ thống nhiên liệu với BCA kiểu piston – xylanh loại đơn (PF) ........... 26
1.5.2. Hệ thống nhiên liệu với BCA kiểu piston – xylanh loại cụm (PE) .......... 27
1.5.3. Hệ thống nhiên liệu với BCA – Vòi phun liên hợp ................................. 28
1.5.4. Hệ thống nhiên liệu với BCA kiểu phân phối ......................................... 29
1.5.5. Hệ thống nhiên liệu trang bị điều khiển điện tử Common rail ................ 31
1.5.5.1. Đặc điểm ......................................................................................... 32
1.5.5.2. Ưu điểm .......................................................................................... 33
1.5.5.3. Nhược điểm ..................................................................................... 34
1.5.5.4. Ứng dụng ........................................................................................ 34
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ............................ 36
2.1. Mục đích, yêu cầu của mô hình ................................................................... 36
2.1.1. Mục đích ................................................................................................ 36
2.1.2. Yêu cầu.................................................................................................. 36


2.2. Các phương án thiết lập mô hình ................................................................. 36
2.3. Phân tích các phương án và lựa chọn ........................................................... 37
2.3.1. Phân tích ................................................................................................ 37
2.3.2. Chọn phương án..................................................................................... 40
2.4. BCA lựa chọn trang bị trên mô hình ............................................................ 40
2.4.1. Cơ sở chọn BCA VE trang bị cho mô hình............................................. 40

2.4.2. Đặc điểm kết cấu BCA phân phối VE .................................................... 40
2.4.3. Nguyên lý làm việc BCA VE ................................................................. 42
2.4.4. Các cơ cấu trong BCA phân phối VE ..................................................... 43
2.4.4.1. Cơ cấu chuyển vận và điều áp.......................................................... 43
2.4.4.2. Cơ cấu định lượng ........................................................................... 46
2.4.4.3. Cơ cấu phân phối và phun nhiên liệu ............................................... 48
2.4.4.4. Cơ cấu bộ điều tốc ........................................................................... 53
2.4.4.5. Cơ cấu phun dầu sớm tự động ......................................................... 58
2.4.4.6. Cơ cấu truyền động.......................................................................... 61
CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MÔ HÌNH, THỬ NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG CÁC
BÀI THỰC TẬP .................................................................................................. 64
3.1. Xây dựng các bài thực tập ........................................................................... 64
3.1.1. Thực tập trên mô hình BCA cắt bổ ......................................................... 64
3.1.1.1. Bài 1: Tìm hiểu cấu tạo từng bộ phận, chi tiết, nguyên lý hoạt động
của BCA trên mô hình BCA cắt bổ. ............................................................. 64
3.1.1.2. Bài 2: Tháo lắp, đo kiểm BCA ......................................................... 69
3.1.2. Thực tập trên mô hình BCA hoạt động ................................................... 76
3.1.2.1. Bài 1: Tìm hiểu tổng thể mô hình .................................................... 76
3.1.2.2. Bài 2: Kiểm tra chất lượng phun và điều chỉnh lượng nhiên liệu cung
cấp ............................................................................................................... 80
3.1.2.3. Bài 3: Kiểm tra áp suất chuyển ........................................................ 82
3.1.2.3. Bài 4: Kiểm tra điều chỉnh góc phun sớm ........................................ 83
3.2. Thiết kế, chế tạo mô hình............................................................................. 85


3.2.1. BCA phân phối đã phân tích, lựa chọn tại mục 2.4 chương 2 ................. 85
3.2.2. Chọn động cơ điện dẫn động BCA ......................................................... 86
3.2.3. Thiết kế, chế tạo khung bàn ................................................................... 87
3.2.3.1. Các phương án thiết kế khung bàn ................................................... 87
3.2.3.2. Chọn phương án thiết kế .................................................................. 89

3.2.3.3. Kích thước khung bàn ..................................................................... 89
3.2.3.4.Tính toán khung bàn ......................................................................... 89
3.3. Thiết kế puly truyền động động cơ điện và BCA ......................................... 97
3.4. Chọn đường ống dẫn nhiên liệu ................................................................. 110
3.5 Chọn ống đo lưu lượng nhiên liệu............................................................... 110
3.6. Lựa chọn các thiết bị khác ......................................................................... 111
3.6.1. Đồng hồ đo áp suất cao áp ................................................................... 111
3.6.2. Thùng chứa nhiên liệu.......................................................................... 112
3.7. Chế tạo ...................................................................................................... 113
3.7.1. Bản vẽ chế tạo...................................................................................... 113
3.7.2. Thiết bị chế tạo .................................................................................... 113
3.7.3. Công nghệ - qui trình chế tạo ............................................................... 114
3.7.4. Kiểm tra chất lượng sản phẩm .............................................................. 115
3.7.4.1. Yêu cầu về độ bền ......................................................................... 115
3.7.4.2. Yêu cầu về an toàn và thẩm mỹ ..................................................... 115
3.7.4.3. Yêu cầu về tính năng di chuyển ..................................................... 115
3.8. Thiết kế giá gắn BCA ................................................................................ 116
3.9. Thử nghiệm và điều chỉnh ......................................................................... 116
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ........................................................ 119
4.1 Kết luận ...................................................................................................... 119
4.2. Đề xuất ...................................................................................................... 119
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Ảnh hưởng của góc phun sớm nhiên liệu đến một số thông số công tác
động cơ diesel.......................................................................................................... 5
Hình 1.2. Ảnh hưởng của quy luật phun nhiên liệu đến đồ thị công chỉ thị động cơ
diesel ....................................................................................................................... 8

Hình 1.3. Thùng chứa nhiên liệu.............................................................................. 9
Hình 1.4. Bơm thấp áp kiểu piston........................................................................... 9
Hình 1.5. Bơm thấp áp kiểu bánh răng ................................................................... 10
Hình 1.6. Bơm thấp áp kiểu cánh gạt ..................................................................... 10
Hình 1.7. Bình lọc thô nhiên liệu ........................................................................... 11
Hình 1.8. Bình lọc tinh nhiên liệu .......................................................................... 12
Hình 1.9. Ống dẫn nhiên liệu cao áp ...................................................................... 13
Hình 1.10. Bơm cao áp động cơ diesel loại Bosch cổ điển ..................................... 14
Hình 1.11. Chu trình công tác của BCA Bosch cổ điển .......................................... 15
Hình 1.12. Vòi phun nhiên liệu .............................................................................. 17
Hình 1.13. Vòi phun hở ......................................................................................... 17
Hình 1.14. Vòi phun kín tiêu chuẩn ....................................................................... 18
Hình 1.15. Vòi phun kín loại van ........................................................................... 19
Hình 1.16.Vòi phun có chốt trên kim ..................................................................... 19
Hình 1.17. Phần đầu của vòi phun có chốt trên kim ............................................... 20
Hình 1.18. Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu bằng không khí nén............................. 21
Hình 1.19. BCA điều chỉnh bằng cam dọc ............................................................ 23
Hình 1.20. Bơm cao áp điều chỉnh bằng van tiết lưu ............................................. 24
Hình 1.21. Cấu tạo cặp piston - xylanh có rãnh chéo trên piston loại BCA Bosch .. 25
Hình 1.22. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu sử dụng bơm cao áp đơn PF ........................ 27
Hình 1.23. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu với BCA PE ................................................ 28
Hình 1.24. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu với BCA - Vòi phun liên hợp ...................... 29
Hình 1.25. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu bơm cao áp phân phối loại CAV-DPA......... 30
Hình 1.26. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử Common rail .................. 34


Hình 1.27. Sơ đồ nguyên lý điều khiển phun nhiên liệu hệ thống nhiên liệu điều
khiển điện tử Commonn rail .................................................................................. 35
Hình 2.1. Mô hình với BCA phân phối được cắt bổ kèm theo sơ đồ nguyên lý (đề
xuất) ...................................................................................................................... 37

Hình 2.2. Mô hình với BCA phân phối và các cụm chi tiết có thể hoạt động bình
thường (đề xuất). ................................................................................................... 38
Hình 2.3. Mô hình BCA phân phối kết hợp cả cắt bổ và hoạt động (đề xuất). ........ 39
Hình 2.4. Sơ đồ cấu tạo bơm cao áp phân phối VE loại cơ khí ............................... 41
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý làm việc BCA phân phối VE....................................... 42
Hình 2.6. Cấu tạo bơm chuyển nhiên liệu .............................................................. 43
Hình 2.7. Van điều áp ............................................................................................ 44
Hình 2.8. Đường dầu hồi ....................................................................................... 45
Hình 2.9. Cấu tạo và nguyên lý làm việc van điện từ ............................................. 46
Hình 2.10. Hành trình có ích theo chiều tăng lượng cung cấp nhiên liệu ................ 47
Hình 2.11. Hành trình có ích theo chiều giảm lượng cung cấp nhiên liệu ............... 47
Hình 2.12. Cấu tạo đầu phân phối ......................................................................... 48
Hình 2.13. Cấu tạo đầu cao áp ............................................................................... 49
Hình 2.14. Cấu tạo van cao áp ............................................................................... 49
Hình 2.15. Nguyên lý làm việc can cao áp ............................................................. 50
Hình 2.16. Cấu tạo piston phân phối ...................................................................... 51
Hình 2.17. Quá trình hút nhiên liệu........................................................................ 52
Hình 2.18. Quá trình nén và cung cấp nhiên liệu.................................................... 52
Hình 2.19. Quá trình kết thúc cung cấp nhiên liệu ................................................. 52
Hình 2.20. Cấu tạo bộ điều tốc .............................................................................. 54
Hình 2.21. Bộ điểu tốc làm việc ở chế độ khởi động .............................................. 55
Hình 2.22. Bộ điểu tốc làm việc ở chế độ không tải ............................................... 55
Hình 2.23. Bộ điểu tốc làm việc ở chế độ tải trung bình......................................... 56
Hình 2.24. Bộ điểu tốc làm việc ở chế độ toàn tải .................................................. 57
Hình 2.25. Bộ điểu tốc làm việc ở chế độ tốc độ tối đa .......................................... 57


Hình 2.26. Cấu tạo bộ phun dầu sớm tự động ........................................................ 58
Hình 2.27. Nguyên lý làm việc của bộ phun dầu tự động ....................................... 59
Hình 2.28. Cấu tạo bộ điều khiển phun sớm theo tải .............................................. 60

Hình 2.29. Nguyên lý làm việc của bộ điều khiển phun sớm theo tải ..................... 61
Hình 2.30. Cấu tạo và vị trí lắp ghép các bộ phận truyền động .............................. 62
Hình 3.1. Cụm, bộ phận chuyển vận và điều áp ..................................................... 64
Hình 3.2. Bơm cấp nhiên liệu ................................................................................ 65
Hình 3.3. Mô phỏng hoạt động bơm cấp nhiên liệu và van điều áp ........................ 65
Hình 3.4. Van định lượng cắt nhiên liệu ................................................................ 65
Hình 3.5. Cụm, bộ phận phân phối và phun nhiên liệu ........................................... 66
Hình 3.6. Đầu phân phối nhiên liệu ....................................................................... 66
Hình 3.7. Cụm con lăn, đĩa cam và piston phân phối ............................................. 66
Hình 3.8. Cụm bộ điều tốc trên mô hình BCA cắt bổ ............................................. 67
Hình 3.9. Cụm bộ phận phun dầu sớm tự động ...................................................... 67
Hình 3.10 . Mô phỏng hoạt động bộ phun dầu sớm tự động ................................... 68
Hình 3.11. Cụm truyền động ................................................................................. 68
Hình 3.12. Bộ phận truyền động ............................................................................ 69
Hình 3.13. Mô phỏng nguyên lý, kết cấu hoạt BCA VE......................................... 69
Hình 3.14. Đồng hồ đo áp suất và vòi phun tại mỗi vòi phun ................................. 77
Hình 3.15. Vị trí lọc và thùng nhiên liệu ................................................................ 77
Hình 3.16. Vị trí động cơ điện và bộ phận dẫn động BCA ..................................... 78
Hình 3.17. Vị trí đặt BCA...................................................................................... 78
Hình 3.18. Vị trí công tắc điều khiển ..................................................................... 79
Hình 3.19. Sơ đồ mạch điện.................................................................................. 79
Hình 3.20. Kiểm tra chùm tia phun nhiên liệu ....................................................... 80
Hình 3.21. Sơ đồ lắp BCA lên băng thử ................................................................. 81
Hình 3.22. Vị trí đai ốc điều chỉnh lượng nhiên liệu .............................................. 81
Hình 3.23. Điều chỉnh áp lực bơm chuyển ............................................................. 83
Hình 3.24. Dụng cụ đo hành trình piston của bộ tự động điều chỉnh phun sớm ...... 84


Hình 3.25. Lắp dụng cụ đo lên BCA ...................................................................... 84
Hình 3.26. Các chi tiết điều chỉnh bộ tự động điều chỉnh phun sớm....................... 85

Hình 3.27. Bơm cao áp phân phối VE.................................................................... 86
Hình 3.28. Động cơ điện dẫn động BCA ............................................................... 87
Hình 3.29. Khung bàn dạng đứng ......................................................................... 87
Hình 3.30. Khung bàn dạng bảng bên hông và một nửa bảng đứng........................ 88
Hình 3.31. Kích thước khung bàn thiết kế dự kiến ................................................. 89
Hình 3.32. Giao diện chính của Sap 2000 .............................................................. 91
Hình 3.33. Hệ thống lưới trong chương trình Sap 2000 ......................................... 91
Hình 3.34. Đặt thuộc tính cho vật liệu ................................................................... 92
Hình 3.35. Định nghĩa loại tiết diện ....................................................................... 93
Hình 3.36. Đặt thuộc tính cho tiết diện .................................................................. 93
Hình 3.37. Gán tải trọng lên dầm ........................................................................... 94
Hình 3.38. Khai báo bậc tự do .............................................................................. 94
Hình 3.39. Xây dựng khung bàn tính toán trong Sap 2000 ..................................... 96
Hình 3.40. Giá trị nối lực tác dụng lên khung bàn .................................................. 96
Hình 3.41. Biểu đồ mô men tác dụng lên khung bàn .............................................. 97
Hình 3.42. Sơ đồ tiết diện đai ................................................................................ 99
Hình 3.43. Kích thước bánh đai thang ................................................................ 103
Hình 3.44. Ống dẫn nhiên liệu cao áp .................................................................. 110
Hình 3.45. Ống đo lưu lượng nhiên liệu............................................................... 111
Hình 3.46. Đồng hồ đo áp suất cao áp.................................................................. 111
Hình 3.47. Thùng chứa nhiên liệu ........................................................................ 112
Hình 3.48. Bản vẽ chế tạo khung bàn.................................................................. 113
Hình 3.49. Máy hàn ............................................................................................. 114
Hình 3.50. Máy cắt .............................................................................................. 114
Hình 3.51. Khung bàn trong quá trình chế tạo ..................................................... 115
Hình 3.52. Giá gắn BCA ..................................................................................... 116
Hình 3.53. Mô hình hoàn chỉnh sau thử nghiệm và điều chỉnh ............................. 118


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1. Giá trị thông số động - động lực học của hệ truyền dẫn khi nlv = 1000
(v/ph) ..................................................................................................... 99
Bảng 3.2. Thông số tiết diện đai ............................................................................ 99
Bảng 3.3. Kích thước bánh đai thang ................................................................... 103
Bảng 3.4. Giá trị thông số động - động lực học của hệ truyền dẫn khi nlv = 800
(v/ph) ................................................................................................... 105
Bảng 3.5. Thông số tiết diện đai .......................................................................... 105
Bảng 3.6. Kích thước bánh đai thang ................................................................... 109


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
HHC: Hỗn hợp cháy
MCCT: Môi chất công tác
BCA: Bơm cao áp
HTPNL: Hệ thống phun nhiên liệu
ECU: Bộ điều khiển điện tử


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, nước ta đang trên đà phát triển, thực hiện tiến trình công nghiệp hóa,
hiện đại hóa đất nước. Do đó, nhu cầu về đi lại và vận chuyển hàng hóa ngày càng
được nâng cao cả về chất lượng lẫn số lượng. Chính vì thế mà Ô tô là một trong
những phương tiện giao thông không thể thiếu đối với việc phát triển kinh tế - xã
hội của đất nước . Cùng với sự phát triển không ngừng của Khoa học kỹ thuật, tính
năng Động cơ đốt trong ngày càng được nâng cao, sản xuất và ứng dụng rộng rãi.
Chúng thực sự đóng vai trò tích cực và to lớn trong sự phát triển của đất nước và là
động lực chủ yếu của thế giới trên mọi lĩnh vực như : Vận tải, xây dựng..v..v..
Với mục đích cũng cố kiến thức cơ bản đã được học, nâng cao kiến thức và kỹ
năng chuyên ngành để ứng dụng vào thực tế cuộc sống, chúng em đã chọn và được

Bộ môn Kỹ thuật ô tô, khoa Kỹ thuật giao thông giao đồ án tốt nghiệp với nội dung:
“ Thiết lập mô hình hệ thống nhiên liệu trang bị bơm cao áp kiểu phân phối sử
dụng trên động cơ ô tô tải nhẹ phục vụ đào tạo”
Nội dung đồ án bao gồm các nội dung chính sau:
1. Cơ sở lý thuyết và đặc điểm của hệ thống nhiên liệu với bơm cao áp kiểu
phân phối
2. Phân tích, lựa chọn phương án
3. Thiết lập mô hình, thử nghiêm và xây dựng các bài thực tập
4. Kết luận và đề xuất
Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, chúng em đã cố gắng tìm kiếm tài
liệu, tiếp cận thực tế để gia công, chế tạo mô hình. Do kiến thức và kinh nhiệm bản
thân còn hạn chế lại thêm thời gian ngắn nên trong quá trình thực hiện đề tài không
tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em kính mong Quí Thầy góp ý, chỉ bảo để đề tài
đạt chất lượng tốt nhất.
Nhóm sinh viên thực hiện
Lý Minh Hiếu
Phạm Lê Ngọc Tín


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
ĐỘNG CƠ DIESEL
1.1. Chức năng và yêu cầu
1.1.1. Chức năng
Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel có chức năng dự trữ, lọc sạch rồi phun
nhiên liệu vào buồng đốt theo những yêu cầu về cấu tạo và tính năng của động cơ.
1.1.2. Yêu cầu
1.1.2.1. Yêu cầu chung của hệ thống
- Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao;
- Dễ dàng, thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa;
- Dễ chế tạo và giá thành vừa phải.

1.1.2.2. Yêu cầu về việc dự trữ và lọc nhiên liệu
- Nhiên liệu được dự trữ đủ để động cơ hoạt động trong khoảng thời gian phù
hợp với mục đích sử dụng của động cơ;
- Nhiên liệu phải được lọc sạch nước và các tạp chất cơ học bảo đảm sự
thông thoáng trong hệ thống, đặc biệt là các bề mặt lắp ghép siêu chính xác trong
các thiết bị của hệ thống.
1.1.2.3. Yêu cầu về việc cung cấp nhiên liệu trong động cơ diesel
- Lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình phải phù hợp với chế độ hoạt động
của động cơ;
- Nhiên liệu phải được phun vào buồng đốt đúng thời điểm và đúng qui luật;
- Lưu lượng nhiên liệu phun vào các xylanh phải đồng đều.
1.1.2.4. Yêu cầu về cấu trúc tia nhiên liệu
Tia nhiên liệu phải kết hợp tốt giữa số lượng, phương hướng, hình dạng, kích
thước với hình dạng của buồng đốt và với cường độ và phương hướng chuyển động
của môi chất trong buồng đốt để bảo đảm hòa khí được hình thành nhanh và đều.

1


1.2. Quá trình tạo hỗn hợp cháy (HHC) của động cơ diesel
1.2.1. Đặc điểm quá trình hình thành HHC trong động cơ diesel
Nhiên liệu được dùng cho động cơ diesel được chưng cất từ dầu mỏ, có độ
nhớt lớn và khó bay hơi. Vì vậy, để đảm bảo chất lượng hỗn hợp cháy, chúng ta
phải dùng phương pháp phun tơi nhiên liệu vào môi trường có áp suất và nhiệt độ
cao của môi chất công tác bên trong buồng đốt của động cơ vào cuối kỳ nén, dưới
tác dụng của áp suất và nhiệt độ cao trong buồng đốt nhiên liệu sẽ được sấy nóng,
hóa hơi một cách dễ dàng và tự phát hỏa.
Trong động cơ diesel, do nhiên liệu chỉ được phun vào buồng đốt vào cuối
hành trình nén, do đó quá trình tạo hỗn hợp cháy chỉ diễn ra trong một khoảng thời
gian rất ngắn. Mặc khác, quá trình phun nhiên liệu vào buồng đốt cần một khoảng

thời gian nhất định, trong suốt thời gian đó thành phần hòa khí trong xylanh biến
động liên tục, do vậy luôn xuất hiện tình trạng không đồng đều về thành phần hỗn
hợp cháy trong không gian công tác của động cơ diesel.
1.2.2. Chất lượng quá trình tạo HHC ở động cơ diesel
Chất lượng quá trình tạo HHC ở động cơ diesel được đánh giá thông qua 4 đại
lượng sau:
1.2.2.1. Độ đồng nhất của HHC
HHC đựợc gọi là đồng nhất nếu nó có thành phần như nhau tại mọi khu vực
trong buồng đốt. Để đạt được trạng thái này, nhiên liệu phải hòa trộn đều với lượng
không khí trong xy lanh. Mức độ đồng nhất nhất của HHC có ảnh hưởng trực tiếp
đến hiệu suất, công suất và hàm lượng các chất độc hại có trong khí thải. HHC càng
đồng nhất thì lượng không khí thực tế cần thiết để đốt cháy hoàn toàn một đơn vị
khối lượng nhiên liệu sẽ càng nhỏ. Nếu HHC không đồng nhất thì sẽ có những khu
vực trong buồng đốt thiếu hoặc thừa oxy. Tại khu vực thiếu oxy, nhiên liệu cháy
không hoàn toàn sẽ làm giảm hiệu suất nhiệt của động cơ và tăng hàm lượng các
chất độc hại trong khí thải. Việc thừa oxy quá mức cũng làm giảm hiệu suất nhiệt
của động cơ do phải tiêu hao năng lượng cho việc sấy nóng, nạp và xả phần không
khí dư quá mức, đồng thời làm giảm hiệu quả sử dụng dung tích công tác xylanh.
2


Độ đồng nhất của HHC được quyết định bởi các yếu tố: tính chất vật lý của nhiên
liệu (tính hóa hơi, sức căng bề mặt, độ nhớt), nhiệt độ không khí và của các bề mặt
tiếp xúc với HHC
(vách đường nạp, đỉnh piston, thành xylanh), chuyển động rối của không khí trong
đường ống nạp và trong thành xylanh..v..v..
Do động cơ diesel khó có thể tạo ra được HHC đồng nhất tại thời điểm phát
hỏa, để nâng cao chất lượng quá trình tạo HHC cần áp dụng nhiều biện pháp khác
nhau. Dưới đây là một số biện pháp phổ biến:
+ Phun nhiên liệu vào buồng đốt dưới dạng sương mù bằng cách nén nhiên liệu đến

áp suất rất cao (khoảng 100 ÷1500 bar) rồi phun qua các lỗ có tiết diện lưu thông
nhỏ;
+ Phối hợp cấu trúc tia nhiên liệu với hình dáng và kích thước của buồng đốt;
+ Tạo chuyển động rối mạnh trong buồng đốt bằng cách khoét lõm đỉnh piston và
bố trí các đường ống nạp theo phương tiếp tuyến vách xylanh;
+ Sử dụng buồng đốt ngăn cách để tạo ra chuyển động rối mạnh trong buồng đốt,
tạo ra hiệu năng nhiệt và hiệu năng phun thứ cấp, v.v...
1.2.2.2. Chất lượng định lượng
Chất lượng định lượng là khả năng điều chỉnh lượng nhiên liệu chu trình cho
phù hợp với mọi chế độ làm việc của động cơ và cung cấp nhiên liệu đồng đều cho
các xylanh của động cơ nhiều xylanh.
Chất lượng định lượng của hệ thống nhiên liệu trong động cơ diesel được
đánh giá bằng hai thông số:
+ Lượng nhiên liệu chu trình (gct): là một thông số đặc trưng cho chế độ công tác
của BCA được biểu diễn bằng công thức, theo [1, trang 98]:

g ct =

1000.N e .g e .Z
60.n.i.ρ nl

3

(1.1)


Trong đó:
gct - Lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt trong thời gian một chu trình
(mm3/s);
Ne - Công suất có ích của động cơ (kW);

ge - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (g/kW.h);
Z - Hệ số phụ thuộc vào số kỳ của động cơ;
Z = 1 - Đối với động cơ 2 kỳ
Z = 2 - Đối với động cơ 4 kỳ
n - Tốc độ quay trục cam BCA (v/ph);
i

- Số xy lanh;

ρnl - Khối lượng riêng nhiên liệu (kg/m3).
Từ biểu thức (1.1) thì lượng nhiên liệu gct cần phun vào mỗi xylanh trong thời
gian một chu trình công tác phải được điều chỉnh phù hợp với chế độ làm việc của
động cơ tức là phải phù hợp với công suất của động cơ phát ra tốc độ quay tương
ứng với công suất đó.
+ Độ định lượng không đồng đều (∆gct): là đại lượng đặc trưng cho mức độ khác
nhau về số lượng nhiên liệu chu trình ở các xylanh của cùng một động cơ

Δ gct =2.

g ct.max - g ct.min
.100
g ct.max + g ct.min

(1.2)

Trong đó: gctmax và gctmin là lượng nhiên liệu chu trình lớn nhất và nhỏ nhất ở các
xylanh khác nhau có cùng vị trí điều khiển.
Độ định lượng nhiên liệu không đồng đều là một trong những nguyên nhân
làm giảm công suất và tuổi thọ của động cơ, tăng suất tiêu hao nhiên liệu và gây
một số biểu hiện khác của động cơ.

Đối với động cơ diesel chất lượng định lượng hoàn toàn do hệ thống nhiên
liệu quyết định.

4


1.2.2.3. Chất lượng định thời
Chất lượng định thời là khả năng định thời điểm bắt đầu và kết thúc quá trình
phun nhiên liệu, phun nhiên liệu đúng thời điểm, theo quy luật phù hợp với đặc
điểm tổ chức quá trình cháy.
Thời điểm tạo hỗn hợp cháy do thời điểm phun nhiên liệu quyết định. Nếu
hỗn hợp cháy đúng lúc thì quá trình cháy sẽ diễn ra và kết thúc đúng lúc với trị số
áp suất cháy cực đại (pz) và tốc độ tăng áp suất (wp) vừa phải.
Thông số để đánh giá thời điểm tạo hỗn hợp cháy là góc phun sớm (φs). Trong quá
trình sử dụng động cơ thì góc phun sớm (φs) bị thay đổi do các nguyên nhân chủ
yếu:
+ Các chi tiết chuyển động bị hao mòn;
+ Cam nhiên liệu bị mòn;
+ Đặc tính của các cặp lắp ghép chính xác khác nhau;
+ Cặp lắp ghép piston - xylanh bị hao mòn.

Hình 1.1. Ảnh hưởng của góc phun sớm nhiên liệu đến một số thông số công tác
động cơ diesel
Đường số 1: Thời điểm phun quá sớm
5


Đường số 2: Thời điểm phun đúng
Đường số 3: Thời điểm phun quá muộn
Khi phun nhiên liệu quá sớm, nhiên liệu được phun vào buống đốt khi áp

suất và nhiệt độ không khí nén vẫn còn thấp, quá trình chuẩn bị cho nhiên liệu phát
hỏa diễn ra chậm. Kết quả là tại thời điểm phát hỏa, trong buồng đốt đã tập trung
một phần lớn lượng nhiên liệu chu trình. Lượng nhiên liệu này sẽ bốc cháy mãnh
liệt trong điều kiện nồng độ ôxy lớn và thể tích không gian công tác nhỏ, áp suất
cháy cực đại (pz) và tốc độ tăng áp suất (wp) sẽ lớn, động cơ làm việc “cứng”.
Ngược lai, khi phun nhiên liệu quá muộn, giai đoạn cháy trễ giảm động cơ
làm việc êm hơn nhưng công suất động cơ giảm và và cháy không hoàn toàn vì một
phần lớn nhiên liệu cháy ở quá trình giãn nở, tốc độ tăng áp suất và tốc độ cháy cực
đại nhỏ.
Trong động cơ diesel, chất lượng định thời do hệ thống nhiên liệu quyết định và
được đặc trưng bằng hai thông số:
+ Góc phun sớm nhiên liệu (φs): là góc quay của trục khuỷu tính từ thời điểm
nhiên liệu thực tế được phun vào buồng đốt đến thời điểm piston của động cơ đến
điểm chết trên trong hành trình nén;
+ Độ định thời không đồng đều (∆φs): là đại lượng đánh giá mức độ khác
nhau về góc phun sớm ở các xylanh khác nhau trong động cơ nhiều xylanh.

Δφs = 2.

φs max - φs min
.100
φs max + φs min

(1.3)

Trong đó:
- φs max và φs min là góc phun sớm nhiên liệu lớn nhất và nhỏ nhất ở các xylanh
khác nhau có cùng vị trí điều khiển.
Thực tế các thông số ∆gct và ∆φs không thể có trị số bằng 0% tức là lượng nhiên
liệu chu trình và thời điểm cấp nhiên liệu cho các xylanh bằng nhau ở mọi chế độ

làm việc của động cơ. Trị số lớn nhất của ∆gct và ∆φs nằm trong quy định của nhà
chế tạo và phải được kiểm tra định kỳ. Nếu ∆gct và ∆φs lớn hơn trị số cho phép thì

6


động cơ sẽ không đạt được công suất thiết kế (Nen), suất tiêu hao nhiên liệu tăng,
phụ tải nhiệt và cơ tác dụng không đồng đều ở các xylanh..v..v..
1.2.2.4. Quy luật phun nhiên liệu
Quy luật phun nhiên liệu là khái niệm bao gồm thời gian phun nhiên liệu và
quy luật phân bố tốc độ phun. Quy luật tạo HHC là khái niệm bao hàm thời gian tạo
HHC và quy luật phân bố tạo HHC.
Hệ thống nhiên liệu không chỉ đưa nhiên liệu vào buồng cháy một lượng
nhiên liệu (gct) thích hợp với chế độ làm việc mà lượng nhiên liệu đó phải được
phun vào buồng cháy đúng thời điểm, đúng quy luật phù hợp với đặc điểm cấu tạo
động cơ.
+ Quy luật phun dưới dạng vi phân là hàm số thể hiện đặc điểm thay đổi tốc
độ phun tức thời theo góc quay trục khuỷu trong quá trình phun.
+ Quy luật phun dưới dạng tích phân là hàm số thể hiện đặc điểm thay đổi
theo góc quay trục khuỷu của lượng nhiên liệu được phun vào buồng đốt tính từ
thời điểm bắt đầu phun.
Quy luật phun nhiên liệu có ảnh hưởng trực tiếp đến quy luật hình thành
HHC, do đó ảnh hưởng đến hàng loạt chỉ tiêu chất lượng của động cơ diesel.
Với phương pháp tạo HHC kiểu thể tích thông dụng (toàn bộ lượng nhiên
liệu chu trình được phun trực tiếp vào buồng đốt và hòa trộn ngày với toàn bộ khối
không khí có trong buồng đốt) thì quy luật phun nhiên liệu quyết định quy luật tạo
HHC. Với phương pháp tạo HHC cháy khác ( ví dụ: tạo HHC kiểu mặt bằng buồng
đốt kiểu M, buồng đốt ngăn cách ..v..v..) quy luật phun nhiên liệu và quy luật tạo
HHC rất khác nhau. Có thể tất cả lượng nhiên liệu chu trình được phun vào buồng
đốt trong một thời gian rất ngắn nhưng sự hóa hơi nhiên liệu và hòa trộn hơi đó với

không khí để bốc cháy lại được điều chỉnh theo một quy luật khác.
Với những điều kiện khác nhau như (ví dụ: cùng một loại nhiên liệu, lượng
nhiên liệu chu trình…) nhưng có thể thu được những đồ thị công khác nhau nếu
thay đổi quy luật tạo HHC. Hình 1.2 thể hiện ảnh hưởng của quy luật phun nhiên
liệu đến diễn biến quá trình cháy trong trường hợp áp dụng phương pháp tạo hỗn
7


hợp cháy kiểu thể tích, trong đó có thể coi quy luật tạo HHC trùng với quy luật
phun nhiên liệu.

Hình 1.2. Ảnh hưởng của quy luật phun nhiên liệu
đến đồ thị công chỉ thị động cơ diesel
Với quy luật phun 1 (hình 1.2.b) lượng nhiên liệu được phun vào buồng đốt
trong giai đoạn chậm cháy lớn hơn, dấn đến tốc độ tăng áp suất (wp) và áp suất cháy
cực đại (pz) lớn hơn (đồ thị công 1). Kết quả động cơ làm việc cứng hơn nhưng
công do MCCT sẽ lớn hơn. Với quy luật phun 2, động cơ sẽ làm việc mềm hơn
nhưng lượng nhiên liệu cháy trong giai đoạn 2 ít hơn dẫn đến wp và pz nhỏ hơn
nhưng công suất và hiệu suất động cơ sẽ giảm do lượng nhiên liệu cháy rớt nhiều
hơn.
1.3. Các bộ phận cơ bản trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel
1.3.1. Thùng nhiên liệu
Bao gồm thùng nhiên liệu hàng ngày và thùng nhiên liệu dự trữ. Thùng nhiên
liệu hàng ngày cần có dung tích đảm bảo chứa đủ số nhiên liệu cho động cơ hoạt
động liên tục trong một khoảng thời gian định trước.

8


Hình 1.3. Thùng chứa nhiên liệu

1. Thùng chứa nhiên liệu; 2. Nhiên liệu
1.3.2. Bơm thấp áp
Bơm thấp áp là bơm có chức năng hút nhiên liệu từ thùng chứa hàng ngày rồi
đẩy đến bơm cao áp. Hệ thống nhiên liệu có thể không có bơm thấp áp nếu thùng
chứa nhiên liệu hàng ngày được đặt ở vị trí cao hơn động cơ để nhiên liệu tự chảy
đến bơm cao áp.
Có các loại bơm thấp áp như: Bơm thấp áp kiểu piston, kiểu bánh răng, kiểu
cánh gạt.

Hình 1.4. Bơm thấp áp kiểu piston
1. Cam; 2. Con đội con lăn và thanh đẩy; 3. Lò xo; 4. Cửa cấp nhiên liệu;
5, 8. Van một chiều; 6. Bơm tay; 7. Cửa hút nhiên liệu ; 9. Piston bơm
Bơm piston được dẫn động từ trục cam, khi trục cam đi xuống lò xo (3) đẩy
piston (8) đi xuống ép nhiên liệu ở không gian phía dưới piston làm cho van một
chiều (5) đóng lại, Nhiên liệu được đẩy đến cửa cấp nhiên liệu (4) và đi đến BCA.
9


Lúc này, không gian phía trên piston có độ chân không nên van một chiểu (8) mở và
nhiên liệu được hút từ thùng chứa qua cửa hút nhiên liệu (7) vào không gian này.
Khi cam đẩy piston (9) và nén lò xo (3) đi lên, van (8) đóng lại, nhiên liệu từ
khoang phía trên piston qua van (5) mở đi xuống không gian phía dưới piston. Tiếp
theo, chu trình được lặp lại như trên.
Bơm tay (6) dùng để bơm nhiên liệu lên BCA và xả khí trước khi động cơ
hoạt động. Bơm thấp áp kiểu piston thường được áp dụng trên động cơ bơm Bosch.

Hình 1.5. Bơm thấp áp kiểu bánh răng
1. Cửa cấp nhiên liệu; 2. Bánh răng; 3. Bơm tay; 4. Cửa hút nhiên liệu;
5. Van một chiều
Bơm thấp áp kiểu bánh răng này có nguyên lý hoạt động giống như bơm

bánh răng dùng trong hệ thống bôi trơn. Bơm có thể được trang bị thêm bơm tay (3)
để bơm nhiên liệu lên hệ thống và xả khí trước khi động cơ hoạt động.

Hình 1.6. Bơm thấp áp kiểu cánh gạt
1. Đường dầu đến; 2. Lò xo van an toàn; 3. Piston van an toàn; 4. Rotor
10


Bơm thấp áp kiểu cánh gạt thuộc loại bơm rotor. Khi rotor quay sẽ làm cho
các cánh gạt chuyển động gạt nhiên liệu từ cửa hút sang cửa cấp nhiên liệu lên
BCA.
Khi áp suất nhiên liệu quá cao thì van piston van an toàn sẽ được nâng lên và xả bớt
nhiên liệu về đường cấp.
1.3.3. Lọc nhiên liệu
Trong hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel có các bộ phận được chế tạo và
lắp ráp với độ chính xác rất cao, như: đầu phun, cặp piston - xylanh của bơm cao áp,
van triệt hồi (van cao áp). Các bộ phận này rất dễ bị hư hại nếu trong nhiên liệu có
tạp chất cơ học. Bởi vậy nhiên liệu phải được lọc sạch trước khi đến bơm cao áp.
Hiện nay trên động cơ diesel đều dùng biện pháp lọc nối tiếp tức là cho nhiên
liệu qua một vài bình lọc nối tiếp nhau. Bình lọc thô được đặt trên đường từ thùng
chứa đến bơm chuyển nhiên liệu, còn bình lọc tinh đặt giữa bơm chuyển nhiên liệu
đến BCA. Ngoài hai bình lọc trên, nhiều động cơ còn cho nhiên liệu qua bình lọc
phụ đặt trên đường ống cao áp (gọi là bộ lọc cao áp).

Hình 1.7. Bình lọc thô nhiên liệu
1. Cốc; 2. Phiến kim loại; 3. Nắp; 4. Đầu nối ống ra; 5. Đầu nối ống vào;
6. Bu lông; 7. Ống dẫn; 8. Lõi lục lăng; 9. Lõi lọc; 10. Phiến tròn;
11. Phiến hình sao.

11