Nghiên cứu cải tạo hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống thành hệ thống nhiên liệu common rail
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.66 MB, 111 trang )
NGHIÊN CỨU VÀ CẢI TẠO HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL TRUYỀN THỐNG THÀNH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
COMMON RAIL 2020
Lê Hữu Tính
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CẢI TẠO HỆ THỐNG NHIÊN
LIỆU DIESEL TRUYỀN THỐNG THÀNH HỆ
THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL
Người hướng dẫn: GS.TSKH BÙI VĂN GA
Sinh viên thực hiện: LÊ HỮU TÍNH
Số thẻ sinh viên: 103150168
Đà Nẵng, 07/2020
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CẢI TẠO HỆ THỐNG NHIÊN
LIỆU DIESEL TRUYỀN THỐNG THÀNH HỆ
THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL
Người hướng dẫn: GS.TSKH. BÙI VĂN GA
Sinh viên thực hiện: LÊ HỮU TÍNH
Số thẻ sinh viên: 103150168
Lớp: 15C4B
Đà Nẵng, 07/2020
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I. Thông tin chung:
1. Họ và tên sinh viên: Lê Hữu Tính
2. Lớp: 15C4B
Số thẻ SV: 103150168
3. Tên đề tài: Nghiên cứu cải tạo hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống thành hệ thống
nhiên liệu common rail.
4. Người hướng dẫn: Bùi Văn Ga
Học hàm/ học vị: Giáo sư
II. Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:
1. Về tính cấp thiết, tính mới, khả năng ứng dụng của đề tài: (điểm tối đa là 2đ)
…………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
2. Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: (điểm tối đa là 4đ)
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
3. Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (điểm đánh giá tối đa là 2đ)
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
4. Đề tài có giá trị khoa học/ có bài báo/ giải quyết vấn đề đặt ra của doanh nghiệp hoặc
nhà trường: (điểm tối đa là 1đ)
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
5. Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
III. Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm đánh giá tối đa 1đ)
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
IV. Đánh giá:
1. Điểm đánh giá: ……/10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)
2. Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ
☐ Không được bảo vệ
Đà Nẵng, ngày
tháng
năm 2020
Người hướng dẫn
GS.TSKH Bùi Văn Ga
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thông tin chung:
Họ và tên sinh viên: Lê Hữu Tính
Lớp: 15C4B
Số thẻ SV: 103150168
Tên đề tài: Nghiên cứu cải tạo hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống thành hệ thống
nhiên liệu common rail.
5. Người phản biện: Dương Đình Nghĩa
Học hàm/ học vị: Thạc Sĩ
II. Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:
Điểm
Điểm
TT Các tiêu chí đánh giá
tối đa Đánh giá
viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải quyết
1 Sinh
80
đủ nhiệm vụ đồ án được giao
- Tính mới (nội dung chính của ĐATN có những phần mới
với các ĐATN trước đây).
1a so
15
- Đề tài có giá trị khoa học, công nghệ; có thể ứng dụng thực
tiễn.
- Kỹ năng giải quyết vấn đề; hiểu, vận dụng được kiến thức
bản, cơ sở, chuyên ngành trong vấn đề nghiên cứu.
1b cơ
50
- Chất lượng nội dung ĐATN (thuyết minh, bản vẽ, chương
trình, mô hình,…).
- Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm ứng dụng
trong vấn đề nghiên cứu;
1c - Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài ứng
15
dụng trong vấn đề nghiên cứu;
- Có kỹ năng làm việc nhóm;
2 Kỹ năng viết:
20
2a - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích
15
I.
1.
2.
3.
- Thuyết minh đồ án không có lỗi chính tả, in ấn, định dạng
5
Tổng điểm đánh giá theo thang 100:
Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)
- Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
3. Câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời trong buổi bảo vệ:
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
4. Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ
Đà Nẵng, ngày
tháng năm 2020
Người phản biện
2b
3
Dương Đình Nghĩa
TÓM TẮT
Tên đề tài: Nghiên cứu và cải tạo hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống thành hệ
thống nhiên liệu common rail
Sinh viên thực hiện: Lê Hữu Tính
Số thẻ sinh viên: 103150168
Lớp: 15C4B
Tất cả nội dung của đồ án, toàn bộ bao gồm có 5 chương với nội dung của mỗi chương
khác nhau nhưng giữa chúng có sự liên kết chặt chẽ và bổ sung cho nhau để tạo thành một
bản tổng thể hoàn chỉnh. Dưới đây là phần tóm tắt nội dung của từng chương và được trình
bày theo trình tự như sau:
Chương 1: Tổng quan đề tài. Nội dung phần này trình bày mục đích việc thực hiện đề
tài, tổng quan về hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống và hệ thống nhiên liệu common
rail.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Nội dung của chương này chủ yếu là nêu các cơ sở lý thuyết
như đặc điểm hình thành hòa khí, hay các đặc trưng của hệ thống nhiên liệu diesel truyền
thống và một số cơ sở lý luận khác.
Chương 3: Cải tạo hệ thống nhiên liệu diesel thành hệ thống nhiên liệu common rail.
Nội dung phần này trình bày kết cấu của hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống và hệ thống
nhiên liệu common rail. Mô phỏng quá trình cháy của động cơ tĩnh tại EV 2600NB .Đề xuất
các phương án cải tạo và tiến hành cải tạo động cơ diesel truyền thống thành động cơ sử
dụng hệ thống nhiên liệu common rail.
Chương 4: Tính toán các thông số động cơ EV 2600NB. Nội dung phần này trình bày
quy trình tính toán các thông số của động cơ và thông số của vòi phun.
i
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Lê Hữu Tính
Lớp: 13C4A
Khoa: Cơ Khí Giao Thông
1. Tên đề tài đồ án:
Số thẻ sinh viên: 103150168
Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Nghiên cứu cải tạo hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống thành hệ thống nhiên liệu
common rail
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Các thông số kỹ thuật chính của động cơ và của các bộ phận trong hệ thống nhiên
liệu trên động cơ EV 2600NB từ tài liệu của nhà chế tạo.
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
Chương 1: Tổng quan đề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Cải tạo hệ thống nhiên liệu diesel thành hệ thống nhiên liệu common rail
Chương 4: Tính toán các thông số của động cơ EV 2600NB trước và sau cải tạo
5. Các bản vẽ, đồ thị:
Bản vẽ bơm cao áp động cơ DORATORQ 2.4L
(1/A3)
Bản vẽ bơm tiếp vận động cơ DORATORQ 2.4L
(1/A3)
Bản vẽ ống phân phối theo 3 phương án cải tạo
Bản vẽ bơm cao áp động cơ EV 2600NB trước và sau cải tạo
Bản vẽ vòi phun trước và sau cải tạo
(1/A3)
(1/A3)
(1/A3)
Bản vẽ ECU trước và sau cải tạo
Bản vẽ sơ đồ hệ thống nhiên liệu theo 3 phương án cải tạo
Bản vẽ các cảm biến được lắp trên hệ thống nhiên liệu sau cải tạo
Bản vẽ mặt cắt động cơ EV 2600NB sau khi lắp ECU và ống phân phối
Bản vẽ vị trí lắp đặt các cảm biến lên động cơ EV 2600NB
(1/A3)
(3/A3)
(1/A3)
(1/A3)
(1/A3)
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
7. Ngày hoàn thành đồ án:
10/02/2020
26/06/2020
Trưởng Bộ môn
PGS. TS Dương Việt Dũng
Đà Nẵng, ngày 26 tháng 06 năm 2020
Người hướng dẫn
GS.TSKH. Bùi Văn Ga
ii
LỜI NÓI ĐẦU
Trong chương trình đào tạo Kỹ sư ngành Cơ Khí Giao Thông thì đồ án tốt nghiệp là
không thể thiếu, là điều kiện tất yếu rất quan trọng mà mọi sinh viên cần phải hoàn thành,
để hiểu biết một cách chặt chẽ và nắm vững sâu về ô tô. Trong quá trình học tập, tích lũy
kiến thức, việc bắt tay vào khảo sát một hệ thống trên xe hay tổng thể xe là việc quan trọng.
Điều này củng cố kiến thức đã được học, thể hiện sự am hiểu về kiến thức cơ bản và cũng
là sự vận dụng lý thuyết vào thực tế sao cho hợp lý: Nghĩa là lúc này sinh viên đã được làm
việc của một cán bộ kỹ thuật.
Hệ thống nhiên liệu trên động cơ là một hệ thống rất quan trọng, hệ thống dùng để
cung cấp nhiên liệu và không khí phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ, cho động
cơ làm việc. Với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô, thì nhiều cải tiến đã được thực
hiện trên nhiều hệ thống khác nhau trên ô tô. Đặc biệt là sự ra đời của hệ thống nhiên liệu
common rail. Nhưng những cải tiến này chưa được áp dụng lên các động cơ tĩnh tại nên em
chọn cải tạo động cơ diesel truyền thống thành động cơ common rail.
Trong tập đồ án tốt nghiệp này em chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu và cải tạo hệ
thống nhiên liệu diesel truyền thống thành hệ thống nhiên liệu common rail”. Nội dung của
đề tài này giúp em hệ thống được những kiến thức đã học, nâng cao tìm hiểu các hệ thống
nhiên liệu nói chung, đặc biệt là hệ thống nhiên liệu common rail nói riêng; từ đây có thể đi
sâu nghiên cứu về chuyên môn.
Để có thể hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới
thầy giáo hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga và Ths. Võ Anh Vũ đã dành những phần thời
gian chỉ bảo tận tình, giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đồ án. Và em
cũng xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy, cô đang giảng dạy trong khoa cơ khí giao thông
trường đại học bách khoa Đà Nẵng đã truyền đạt lại những kiến thức quý báu từ cơ bản đến
chuyên môn để em có thể vận dụng và hoàn thành được đồ án này.
Tuy nhiên do kiến thức còn hạn hẹp, chưa tiếp xúc được nhiều với thực tiễn cũng như
các tài liệu tham khảo còn quá ít trong khi đó thời gian thực hiện cũng có hạn nên trong đồ
án không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những lời chỉ dẫn thêm từ các
thầy.
Đà nẵng, ngày 26 tháng 06 năm 2020.
Sinh viên thực hiện
Lê Hữu Tính
iii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những nội dung trong tập đồ án này là do chính tôi thực hiện và được
sự hướng dẫn của thầy giáo GS.TSKH. Bùi Văn Ga.
Những số liệu có trong nội dung được thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong
phần tài liệu tham khảo.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội
dung đồ án của mình.
Sinh viên thực hiện
Lê Hữu Tính
iv
MỤC LỤC
TÓM TẮT ......................................................................................................................... i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP................................................................................ ii
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................. iii
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ iv
MỤC LỤC ........................................................................................................................ v
DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ................................................................... viii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... x
Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .................................................................................. 1
1.1. Mục đích, ý nghĩa đề tài ............................................................................. 1
1.2. Tổng quan về hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống ............................... 2
1.2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel .............................. 2
1.2.2. Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel ..................................................... 2
1.3. Tổng quan về hệ thống nhiên liệu common rail .......................................... 4
1.3.1. Khái quát hệ thống nhiên liệu common rail ....................................................... 4
1.3.2. Chức năng của hệ thống Common Rail .................................................................... 5
1.4. Ưu nhược điểm của hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống và hệ thống
nhiên liệu Common Rail ................................................................................... 7
1.4.1 Ưu nhược điểm hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống ............................................ 7
1.4.2. Ưu nhược điểm của hệ thống nhiên liệu Common Rail............................................. 8
1.5. Tình hình nghiên cứu cải tạo động cơ diesel truyền thống thành động cơ sử
dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail ............................................................ 8
1.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới............................................................................ 8
1.5.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ............................................................................ 9
1.6. Kết luận chương 1 ...................................................................................... 9
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................. 11
2.1. Đặc điểm và phân loại sự hình thành hòa khí trong động cơ diesel .......... 11
2.1.1. Đặc điểm hình thành hòa khí trong động cơ diesel ................................................. 11
2.1.2. Phân loại hình thành hòa khí trong động cơ diesel .................................................. 11
2.1.3. Đặc trưng của động cơ diesel ................................................................................. 12
2.2. Đặc điểm các dạng hệ thống nhiên liệu trên động cơ diesel ...................... 12
2.2.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng bơm cao áp kiểu thẳng hàng ............................ 12
2.2.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng bơm cao áp kiểu phân phối ............................. 13
2.2.3. Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail .......................................................... 14
v
2.3. Cơ sở lý luận ............................................................................................ 19
2.4. Kết luận chương 2 .................................................................................... 20
Chương 3: CẢI TẠO HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL THÀNH HỆ THỐNG
NHIÊN LIỆU COMMON RAIL ................................................................................... 21
3.1. Chọn động cơ Diesel truyền thống ........................................................... 21
3.1.1. Giới thiệu động cơ EV2600-NB ............................................................................. 21
3.1.2. Hệ thống nhiên liệu EV2600-NB............................................................................ 22
3.2. Mô phỏng quá trình cháy trên động cơ EV 2600NB ................................. 26
3.2.1. Thiết lập mô hình tính toán ..................................................................... 26
3.2.2. Kết quả mô phỏng ................................................................................... 28
3.3. Chọn hệ thống nhiên liệu Common Rail ................................................... 31
3.3.1 Giới thiệu hệ thống nhiên liệu Common Rail Duratoq 2.4l ......................... 31
3.3.2. Thông số kỹ thuật động cơ ...................................................................... 31
3.4. Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ Common Rail Duratorq 2.4l ......... 32
3.4.1. Sơ đồ kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu Common Rail
trên động cơ Duratorq 2.4l ................................................................................ 32
3.4.2. Kết cấu và nguyên lý hoạt động của các bộ phận trên hệ thống nhiên liệu
Common Rail trên động cơ Duratorq 2.4l .......................................................... 33
3.4.3. ECU với các cảm biến và cơ cấu chấp hành .............................................. 40
3.5. Phương án cải tạo động cơ diesel EV2600Nb thành động cơ sử dụng hệ
thống nhiên liệu Common Rail ....................................................................... 44
3.6. Thiết kế cải tạo động cơ diesel EV2600Nb thành động cơ sử dụng hệ thống
nhiên liệu Commom Rail ................................................................................ 45
3.6.1. Các phương án cải tạo ............................................................................. 45
3.6.2. Lựa chọn các cảm biến lắp đặt lên động cơ EV2600 sau khi cải tạo ........... 57
3.6.3. Cải tạo bộ điều khiển điện tử (ECU) ........................................................ 64
3.7. Thiết kế lắp đặt các cụm chi tiết lên động cơ sau cải tạo .......................... 70
3.7.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ EV2600 sau khi cải tạo ........................ 70
3.7.2. Gá đặt ECU và ống phân phối lên động cơ ............................................... 70
3.7.3. Thiết kế gá đặt các cảm biến lên trên động cơ sau khi cải tạo .................... 71
Chương 4: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ EV 2600NB TRƯỚC VÀ SAU
CẢI TẠO ........................................................................................................................ 73
4.1. Tính toán hệ thống nhiên liệu động cơ EV 2600NB trước khi cải tạo ....... 73
4.1.1. Thông số kỹ thuật động cơ ...................................................................... 73
4.1.2. Các thông số chọn để tính toán ................................................................ 73
4.1.3. Tính toán các thông số có ích của động cơ ............................................... 74
vi
4.1.4. Tính toán vòi phun .................................................................................. 80
4.2. Tính toán hệ thống nhiên liệu động cơ EV2600-NB sau khi cải tạo .......... 82
4.2.1. Các thông số chọn để tính toán ................................................................ 82
4.2.2. Tính toán các thông số cơ bản của động cơ sau khi cải tạo ........................ 82
4.2.3. Tính toán vòi phun .................................................................................. 88
4.3. Kết luận chương 4 .................................................................................... 90
KẾT LUẬN .................................................................................................................... 91
HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ......................................................................... 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 94
vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ
BẢNG 1.1 Bảng so sánh ưu nhược điểm của hệ thống nhiên liệu Diesel và hệ thống nhiên
liệu Common Rail ............................................................................................................ 10
BẢNG 3.1 Bảng đặc tính kỹ thuật động cơ EV 2600NB .................................................. 22
BẢNG 3.2 Bảng đặc tính động cơ EV 2600NB ............................................................... 26
BẢNG 3.3 Bảng thông số kỹ thuật động cơ Duratorq 2.4l ............................................. 31
HÌNH 1.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu diesel ........................................................................ 3
HÌNH 1.2 Sơ đồ nguyên lí hoạt động hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel ................. 4
HÌNH 2.1 Bơm cao áp thẳng hàng ................................................................................... 13
HÌNH 2.2 Bơm cao áp phân phối ..................................................................................... 14
HÌNH 2.3 Sơ đồ nguyên lí hoạt động hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel ............... 15
HÌNH 2.4 Mạch dầu hồi................................................................................................... 16
HÌNH 2.5 ECU và các cảm biến ...................................................................................... 16
HÌNH 2.6 Kết cấu Bơm cao áp common rail .................................................................... 18
HÌNH 2.7 Vòi phun selenoid............................................................................................ 19
HÌNH 3.1 Động cơ EV 2600NB ...................................................................................... 21
HÌNH 3.2 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EV2600-NB............................................................ 22
HÌNH 3.3 Bơm cao áp động cơ EV 2600NB.................................................................... 24
HÌNH 3.4 Kết cấu vòi phun động cơ EV2600 .................................................................. 25
HÌNH 3.5 Không gian chia lưới và tính toán .................................................................... 26
HÌNH 3.6 Trường nồng độ bồ hóng và trường nhiệt độ cháy ........................................... 27
HÌNH 3.7 Ảnh hưởng của đến nồng độ bồ hóng ( n=2400 vòng/phút) .......................... 28
HÌNH 3.8 Biến thiên nồng độ bồ hóng theo góc quay trục khuỷu ứng với các tốc độ động cơ
khác nhau (=1) ............................................................................................................... 29
HÌNH 3.9 Ảnh hưởng của góc phun sớm đến đồ thị áp suất trong xy lanh (a) và đồ thị công
chỉ thị chu trình (b) (n = 2400 v/ph, = 1,1) ..................................................................... 29
HÌNH 3.10 Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến biến thiên của công chỉ thị chu trình theo
góc phun sớm (= 1,05) ................................................................................................... 30
HÌNH 3.11 Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến biến thiên nồng độ NOx theo góc quay
trục khuỷu với n = 2400 v/ph ........................................................................................... 30
HÌNH 3.12 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Duratorq 2.4l ........................................... 32
HÌNH 3.13 Nguyên lý hoạt động của bơm áp cao loại 3 piston hướng kính ...................... 34
HÌNH 3.14 Cấu tạo bơm bánh răng .................................................................................. 35
HÌNH 3.15 Ống phân phối nhiên liệu............................................................................... 36
HÌNH 3.16 Kết cấu bầu lọc .............................................................................................. 37
HÌNH 3.17 Cấu tạo kim phun .......................................................................................... 38
HÌNH 3.18 Bộ điều khiển trung tâm ECU........................................................................ 41
Hình 3.19 Kết cấu van giới hạn áp suất ............................................................................ 43
HÌNH 3.20 Kết cấu van điều chỉnh áp suất .................................................................. 43
HÌNH 3.21 Kết cấu bơm cao áp ....................................................................................... 45
HÌNH 3.22 Vòi phun selenoid.......................................................................................... 46
HÌNH 3.23 Ống phân phối nhiên liệu............................................................................... 47
HÌNH 3.24 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu theo phương án 1 .................................................. 48
viii
HÌNH 3.25 Bơm cao áp EV 2600NB ............................................................................... 48
HÌNH 3.26 Kết cấu vòi phun sau khi cải tạo .................................................................... 49
HÌNH 3.27 Kết cấu ống phân phối phương án 2............................................................... 50
HÌNH 3.28 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu theo phương án 2 .................................................. 51
HÌNH 3.29 Bơm cao áp động cơ EV 2600 NB sau cải tạo (a) và van điều chỉnh áp suất (b)
........................................................................................................................................ 52
HÌNH 3.30 Vòi phun selenoid chọn trước khi cải tạo (a) và sau khi cải tạo (b) ................ 53
HÌNH 3.31 Vòi phun khi đóng ......................................................................................... 54
HÌNH 3.32 Vòi phun khi mở............................................................................................ 54
HÌNH 3.33 Kết cấu ống phân phối sau cải tạo.................................................................. 55
HÌNH 3.34 Kết cấu van giới hạn áp suất .......................................................................... 56
HÌNH 3.35 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu theo phương án 3 .................................................. 57
HÌNH 3.36 Cảm biến nhiệt độ khí nạp và sơ đồ mạch điện .............................................. 57
HÌNH 3.37 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và sơ đồ mạch điện .................................... 58
HÌNH 3.38 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu và sơ đồ mạch điện .......................................... 59
HÌNH 3.39 Cảm biến vị trí bàn đạp ga ............................................................................. 60
HÌNH 3.40 Cảm biến trục khuỷu và sơ đồ dạng sóng tín hiệu .......................................... 61
HÌNH 3.41 Kết cấu cảm biến trục cam và sơ đồ mạch điện.............................................. 62
HÌNH 3.42 Cấu tạo cảm biến áp suất trên ống phân phối và sơ đồ mạch điện .................. 63
HÌNH 3.43 Kết cấu của cảm biến áp suất đường ống nạp................................................. 63
HÌNH 3.44 ECU trước và sau khi cải tạo ......................................................................... 65
HÌNH 3.45 Đặc tính điều khiển góc phun sớm ................................................................. 66
HÌNH 3.46 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ EV 2600 sau cải tạo................................. 70
HÌNH 3.47 Bản vẽ mặt cắt động cơ EV2600 trước khi cải tạo ......................................... 71
HÌNH 3.48 Sơ đồ gá đặt các cảm biến lên động cơ sau khi cải tạo ................................... 72
HÌNH 4.1 Mặt côn ........................................................................................................... 80
HÌNH 4.2 Mặt côn ........................................................................................................... 89
ix
MỞ ĐẦU
I. MỤC ĐÍCH LỰA CHỌN ĐỀ TÀI
Bước sang thế kỷ 21, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật của nhân loại đã bước sang một
tầm cao mới. Rất nhiều thành tựu KHKT, các phát minh sáng chế xuất hiện có tính ứng dụng
cao.
Là một quốc gia có nền kinh tế đang phát triển, nước ta đã và đang có những cải cách
mở cửa mới để thúc đẩy nền kinh tế phát triển.Việc tiếp nhận và áp dụng và áp dụng những
thành tựu khoa học nhằm cải tạo và thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp mới,
với mục đích đưa nước ta từ một nước nông nghiệp có nền kinh tế kém phát triển thành một
nước công nghiệp hiện đại.
Trải qua rất nhiều năm phấn đấu và phát triển, hiện nay nước ta đã là một thành viên
của khối kinh tế quốc tế WTO. Với việc tiếp cận với các quốc gia có nền kinh tế phát triển
chúng ta có thể giao lưu học hỏi kinh nghiệm, tiếp thu và ứng dụng các thành tựu khoa học
tiên tiến để phát triển hơn nữa nền kinh tế trong nước, bước những bước đi vững chắc trên
con đường xây dựng CNXH.
Trong các ngành công nghiệp mới đang được nhà nước chú trọng phát triển thì ngành
công nghiệp ô tô là một trong những ngành có tiềm năng và được đầu tư phát triển mạnh mẽ.
Do sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa phát triển mạnh
mẽ, nhu cầu của con người ngày càng được nâng cao. Để đảm bảo độ an toàn, độ tin cậy cho
con người vận hành và chuyển động của xe, rất nhiều hãng sản xuất như: FORD, TOYOTA,
MESCEDES, KIA MOTORS, … đã có nhiều cải tiến về mẫu mã, kiểu dáng công nghệ cũng
như chất lượng phục vụ của xe nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Để đáp ứng được những yêu cầu đó thì các hệ thống, cơ cấu điều khiển ô tô nói chung
và về “Hệ thống cung cấp nhiên liệu DIESEL” nói riêng phải có sự hoạt động chính xác, độ
bền cao và giá thành rẻ, giảm ô nhiễm môi trường nâng cao công suất động cơ. Dựa trên hệ
thống cung cấp diesel điều khiển cơ khí thông thường các hãng xe đã phát triển lên “hệ thống
cung cấp nhiên liệu diesel common_rail injecter”. Sự phát triển của hệ thống này có ý nghĩa to
lớn không chỉ với các động cơ trên ô tô mà còn có ảnh hưởng rất lớn với các động cơ tĩnh tại,
các động cơ ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống con người đặc biệt là đời sống người nông dân.
Các động cơ tĩnh tại hiện nay hầu hết sử dụng hệ thống nhiên liệu diesel nhưng với sự
phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp ô tô, yêu cầu đối với các động cơ tĩnh tại cũng
khắc khe hơn, nhưng hệ thống nhiên liệu diesel chưa đáp ứng được các yêu cầu đó. Vì vậy cần
có các biện pháp để giải quyết các nhược điểm mà hệ thống nhiên liệu diesel gặp phải.
x
Nhờ sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô, những cải tiến càng ngày càng nhiều và
đặc biệt đối với hệ thống nhiên liệu diesel thì “hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel common_rail
injecter” sẽ là một giải pháp tuyệt vời để giải quyết các vấn đề của hệ thống nhiên liệu diesel
truyền thống trên động cơ tĩnh tại.
Đề tài giúp cho những sinh viên năm cuối củng cố lại kiến thức để chuẩn bị cho sinh viên
khi ra trường để đáp ứng được phần nào nhu cầu của công việc. Đề tài “Nghiên cứu và cải
tạo hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống thành hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel
common rail” giúp cho em hiểu rõ hơn nữa và bổ trợ thêm kiến thức mới về hệ thống này
cũng như mở ra một giải pháp mởi để cải tạo các động cơ diesel truyền thống trên động cơ
tĩnh tại.
Tạo tiền đề nguồn tài liệu tham khảo cho các bạn học sinh, sinh viên các khóa có thêm
tài liệu nghiên cứu và tham khảo.
Những kết quả thu thập được trong quá trình hoàn thành đề tài này trước tiên là giúp
em, một sinh viên của lớp 15C4B có thể hiểu rõ hơn, sâu hơn về hệ thống nhiên liệu common
rail cũng như hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống. Nắm được kết cấu, điều kiện làm việc,
và phương pháp cải tạo hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống.
II. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Kiểm tra đánh giá được tình trạng kỹ thuật, các thông số bên trong, thông số về kết cấu
của hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel truyền thống và hệ thống nhiên liệu common rail.
Đề xuất những giải pháp, phương án cải tạo hệ thống hệ thống nhiên liệu diesel truyền
thống thành hệ thống nhiên liệu common rail.
Đề xuất các hướng phát triển tiếp theo của đề tài.
III. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu
Động cơ tĩnh tại EV2600 NB
Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu diesel trên động cơ
tĩnh tại và hệ thống nhiên liệu common rail;
- Đề xuất phương án cải tạo;
- Thiết kế gá đặt hệ thống nhiên liệu sau khi cải tiến;
- Tính toán các thông số động cơ sau khi cải tạo;
- Nghiên cứu sâu vào hai vấn đề sau:
+ Nghiên cứu kết cấu của hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống và hệ thống nhiên
liệu common rail;
+ So sánh ưu nhược điểm của hệ thống nhiên liệu common rail với hệ thống nhiên liệu
diesel truyền thống, đưa ra phương án cải tạo.
xi
IV. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
Là phương pháp tổng hợp các kết quả nghiên cứu thực tiễn và nghiên cứu tài liệu để
đánh giá và đưa ra những kết luận chính xác. Chủ yếu được sử sụng để đánh giá các mối quan
hệ thông qua các số liệu thu được.
Từ thực tiễn nghiên cứu về hệ thống và nghiên cứu các tài liệu lý thuyết đưa ra hệ
thống các phương pháp để cải tạo:
+ Bước 1: Đọc tài liệu tìm hiểu hệ thống, quan sát hệ thống được bố trí cụ thể trên xe;
+ Bước 2: Lập phương án cải tạo để tối ưu các bước cải tạo, rút ngắn thời gian cải tạo.
Phương pháp nghiên cứu tài liệu
Là phương pháp nghiên cứu thu thập thông tin trên cơ sở nghiên cứu các văn bản, tài
liệu đã có sẵn và bằng các thao tác tác tư duy logic.
Mục đích: Để rút ra các kết luận cần thiết.
Các bước thực nghiệm:
+ Bước 1: Thu thập tìm kiếm các tài liệu viết về hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel
truyền thống và hệ thống nhiên liệu common rail;
+ Bước 2: Sắp xếp các tài liệu thực hành một hệ thống logic chặt chẽ theo từng bước,
từng đơn vị kiến thức, từng vấn đề khoa học có cơ sở và bản chất nhất định;
+ Bước 3: Đọc, nghiên cứu và phân tích các tài liệu nói về hệ thống cung cấp của cả 2
hệ thống nhiên liệu. Phân tích kết cấu, nguyên lý làm việc một cách khoa học;
+ Bước 4: Tổng hợp kết quả đã phân tích được, hệ thống hóa lại những kiến thức tạo
ra một hệ thống lý thuyết đầy đủ và sâu sắc.
Phương pháp phân tích, thống kê và mô tả
Là phương pháp tổng hợp các kết quả nghiên cứu thực tiễn và nghiên cứu tài liệu để
đánh giá và đưa ra những kết luận chính xác.Chủ yếu được sử sụng để đánh giá các mối quan
hệ thông qua các số liệu thu được.
Các bước thực hiện:
+ Thực tiễn nghiên cứu về hệ thống và nghiên cứu các tài liệu lý thuyết đưa ra hệ thống
kiến thức về cả 2 hệ thống nhiên liệu;
+ Đưa ra kết luận về sự khác nhau của 2 hệ thống nhiên liệu, những ưu nhược điểm
của 2 hệ thống đồng thời giải đáp được các lý do cải tiến hệ thống nhiên liệu diesel truyền
thống thành hệ thống nhiên liệu common rail.
Mục đích:
- So sánh ưu, nhược điểm của 2 hệ thống nhiên liệu;
- Giải thích được vì sao phải cải tạo hệ thống nhiên liệu củ;
- Đưa ra được các phương pháp cải tạo đem lại hiệu quả tối ưu nhất.
xii
V. CẤU TRÚC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án tốt nghiệp gồm 4 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan.
Nội dung chương này giới thiệu tổng quan về hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống
và hệ thống nhiên liệu common rail. So sánh ưu, nhược điểm của 2 hệ thống nhiên liệu trên.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Nội dung chương này giới thiệu về đặc điểm và sự hình thành hòa khí trong động cơ
diesel, phân loại hòa khí, và các cơ sở lý luận.
Chương 3: Cải tạo và tính toán các thông số động cơ sau khi cải tạo.
Đưa ra phương án và tiến hành cải tạo. Thiết kế gá đặt lên động cơ sau cải tạo. Tính
toán các thông số có ích của động cơ trước và sau khi cải tạo.
Chương 4: Tính toán các thông số động cơ, thông số bơm và vòi phun.
So sánh các thông số có ích của động cơ trước và sau khi cải tạo.
xiii
Nghiên cứu cải tạo hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống thành hệ thống nhiên liệu common rail
Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Mục đích, ý nghĩa đề tài
Khí thải động cơ Diesel là một trong những thủ phạm gây nên ô nhiễm môi trường.
Động cơ diesel hiệu quả kinh tế hơn động cơ xăng, tuy nhiên nó vẫn còn những hạn chế
trong quá trình sử dụng như: Thải khói đen khá lớn khi tăng tốc, tiêu hao nhiên liệu còn
cao và tiếng ồn lớn, vận hành không êm dịu…
Động cơ Diesel phát triển vào năm 1897 nhờ Rudolf Diesel hoạt động theo nguyên
lý tự cháy. Ở gần cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ để
hình thành hòa khí rồi tự bốc cháy. Đến năm 1927 Robert Bosch phát triển Bơm cao áp
(Bơm phun Bosch lắp cho động cơ diesel ôtô thương mại và ôtô khách vào năm 1936)
Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng được cải tiến, với các giải pháp kỹ thuật
tối ưu làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu. Các nhà sản xuất
động cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình
cháy nhằm giới hạn các chất ô nhiễm. Tập trung vào giải quyết các vấn đề:
- Tăng tốc độ phun để tăng tốc độ bốc hơi hạt nhiên liệu lỏng và cải thiện tốc độ
hòa trộn nhiên liệu-không khí;
- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp;
- Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun
để làm giảm HC;
- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả (ERG: Exhaust Gas Recirculation).
Hiện nay, các nhược điểm của hệ thống nhiên liệu Diesel đã được khắc phục bằng
cải tiến các bộ phận như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, các
ứng dụng điều khiển tự động nhờ sự phát triển của công nghệ (năm 1986 Bosch đưa vào
thị trường việc điều khiển điện tử cho động cơ diesel). Đó là hệ thống nhiên liệu
Common Rail Diesel.
Hệ thống Common Rail Diesel ra đời góp phần cải thiện nhiều cho tính năng động
cơ và tính kinh tế nhiên liệu mà lâu nay người sử dụng cũng như các nhà bảo vệ môi
trường mong đợi. Nó tạo nên hướng nghiên cứu mới cho các ngành cơ khí động lực,
giao thông,…trong nước. Hiện nay, hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel được trang
bị trên các dòng xe như Transit, Sprinter,…Những dòng xe này đang được sản xuất và
sử dụng rất thông dụng tại Việt Nam và đang mang lại những hiệu quả tích cực cả về
tính kinh tế và khả năng bảo vệ môi trường. Nhưng hệ thống nhiên liệu common rail
Sinh viên thực hiện: Lê Hữu Tính
Hướng dẫn: Bùi Văn Ga
1
Nghiên cứu cải tạo hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống thành hệ thống nhiên liệu common rail
chưa được sử dụng nhiều ở động cơ tĩnh tại. Sự phát triển nhanh chóng của nên công
nghiệp ô tô đã đem lại rất nhiều lợi ích cho các ngành công nghiệp liên quan. Vì vậy
việc ứng dụng những tiện ích từ ô tô để cải tạo các động cơ tĩnh tại truyền thống là một
xu hướng rất tốt để phát triển các động cơ tĩnh tại.
Từ những gì đã phân tích ở trên em chọn đề tài “Nghiên cứu cải tiến hệ thống nhiên
liệu động cơ diesel thành hệ thống nhiên liệu common rail” để làm đồ án tốt nghiệp.
1.2. Tổng quan về hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống
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; lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu; giúp nhiên liệu
chuyển động thông thoáng trong hệ thống;
- Cung cấp nhiên liệu cho động cơ và 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;
+ 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.
Yêu 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 sữa chữa;
- Dễ chế tạo, giá thành hạ.
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 hoà khí. Trong động cơ xăng, hoà khí bắt đầu hình thành ngay từ khi
xăng được hút khỏi vòi phun vào đường nạp (động cơ dùng bộ chế hoà 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
Sinh viên thực hiện: Lê Hữu Tính
Hướng dẫn: Bùi Văn Ga
2
Nghiên cứu cải tạo hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống thành hệ thống nhiên liệu common rail
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 hoà khí rồi tự bốc cháy. Hệ thống nhiên liệu động cơ
diesel là bộ phận quan trọng nhất của động cơ thực hiện sự hình thành hoà khí kể trên.
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.
Nhiên liệu đi vào trong xylanh bơm cao áp không được lẫn không khí vì không
khí sẽ làm cho hệ số nạp của các tổ bơm không ổn định, thậm chí có thể làm gián đoạn
quá trình cấp nhiên liệu. Không khí lẫn trong hệ thống nhiên liệu có thể là do không 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 không kín, đặc biệt là ở những khu vực mà áp suất nhiên liệu thấp
hơn áp suất khí trời. Để xả không khí ra khỏi hệ thống nhiên liệu trên bầu lọc, trên vòi
phun và trên bơm cao áp có bulông 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- Bulông xả khí ; 2- Bầu lọc nhiên liệu ; 3, 5, 6, 10, 11- Ống dẫn nhiên liệu ; 4Vòi phun ; 7- Van tràn ; 8- Bơm cao áp ; 9- Bơm chuyển ; 12- Thùng chứa nhiên liệu ;
13- Bulông xả nước
Sinh viên thực hiện: Lê Hữu Tính
Hướng dẫn: Bùi Văn Ga
3
Nghiên cứu cải tạo hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống thành hệ thống nhiên liệu common rail
Không khí từ ngoài 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 không khí trong
xylanh bị nén. Piston càng tới sát điểm chết trên, không khí bên trên piston bị chèn chui
vào phần khoét lõm ở đỉnh piston, tạo ra ở đây dòng xoáy lốc hướng kính ngày càng
mạnh. Cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào dòng xoáy lốc này, được xé nhỏ,
sấy nóng, bay hơi và hoà trộn đều với không khí tạo ra hoà khí rồi tự bốc cháy.
1.3. Tổng quan về hệ thống nhiên liệu common rail
1.3.1. Khái quát hệ thống nhiên liệu common rail
Sơ đồ hệ thống nhiên liệu
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lí hoạt động hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel
1.Thùng nhiên liệu; 2. Bơm cao áp Common Rail; 3. Lọc nhiên liệu; 4. Đường cấp
nhiên liệu cao áp; 5. Đường nối cảm biến áp suất đến ECU ; 6. Cảm biến áp suất; 7.
Common Rail tích trữ &điều áp nhiên liệu (hay còn gọi ắcquy thuỷ lực) ; 8. Van an
toàn (giới hạn áp suất); 9. Vòi phun; 10. Các cảm biến nối đến ECU và Bộ điều khiển
thiết bị (EDU); 11.Đường về nhiên liệu (thấp áp) ; EDU: (Electronic Driver Unit) và
ECU : (Electronic Control Unit).
Hệ thống Common Rail gồm các khối chức năng:
- Khối dầu thấp áp: gồm thùng dầu, bơm tiếp dầu, bộ lọc dầu, ống dẫn dầu và
đường hồi dầu;
- Khối dầu cao áp: gồm bơm cao áp, ống phân phối dầu cao áp đến các vòi phun,
các đường ống cao áp, van an toàn, van xả áp và vòi phun;
- Khối cơ – điện tử: gồm các cảm biến và tín hiệu, ECU, EDU (nếu có), vòi phun,
các van điều khiển nạp.
Sinh viên thực hiện: Lê Hữu Tính
Hướng dẫn: Bùi Văn Ga
4
Nghiên cứu cải tạo hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống thành hệ thống nhiên liệu common rail
Hệ thống nhiên liệu Common Rail 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 hoà trộn nhiên liệu – hoà khí trong buồng
cháy tốt hơn;
- Tích trữ nhiên liệu áp suất cao, nhiên liệu được phun vào áp suất cao ở mỗi dãi
tốc độ động cơ.
Với những đặc tính như trên thì những động cơ sử dụng Common Rail System có
tính hiệu năng, tính kinh tế nhiên liệu tăng cao, tiếng ồn nhỏ ít rung động và khí thải
sạch.
Nguyên lý hoạt động
Nhiên liệu được bơm cao áp nén tới áp suất cần thiết và đưa vào khoang nhiên liệu
cao áp (gọi là ống phân phối hay ống rail). Áp suất phun trong ống rail sẽ thay đổi theo
tốc độ động cơ và chế độ tải từ 20MPa ở chế độ không tải đến 135MPa ở chế độ tải cao
và tốc độ vận hành cao.
ECU điều khiển van điều khiển lượng phun để điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào
khoang bơm cao áp và nhờ đó điều chỉnh được áp suất nhiên liệu.
ECU luôn theo dõi sát áp suất nhiên liệu trong ống phân phối bằng cảm biến áp
suất nhiên liệu và thực hiện điều khiển phản hồi.
1.3.2. Chức năng của hệ thống Common Rail
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 người
lái xe, và thời điểm phun cũng như áp lực phun được tính toán 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.
Hệ thống nhiên liệu Common Rail có các chức năng sau:
a) 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 dịu mà còn
tiết kiệm nhiên liệu.
b) Chức năng phụ
Sinh viên thực hiện: Lê Hữu Tính
Hướng dẫn: Bùi Văn Ga
5
Nghiên cứu cải tạo hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống thành hệ thống nhiên liệu common rail
Chức năng phụ của hệ thống là điều khiển vòng kín và vòng hở, không những giảm
độ độc hại của khí thải và lượng nhiên liệu tiêu thụ mà còn 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.
c) Chức năng hạn chế ô nhiễm
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 hòa khí không chỉ diễn ra trong giai đoạn phun và bắt đầu
cháy, mà còn trong suốt quá 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 hòa khí được quyết định bởi các thông số:
- Áp suất phun;
- Thời gian phun;
- Kết cấu lỗ tia;
- Thời điểm phun;
- Vận tốc dòng khí nạp;
- Khối lượng không khí nạp.
Tất cả các đại lượng trên đều ảnh hưởng đến mức tiêu hao nhiên liệu và nồng độ
khí thải. Nhiệt độ quá trình cháy quá cao và lượng ôxy nhiều sẽ làm tăng lượng NO x.
Muội than sinh ra khi hỗn hợp quá nghèo.
Hệ thống hồi lưu khí thải (EGR).
Khi không 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 hòa 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 NOx. Nếu có quá nhiều khí thải
được nạp lại (quá 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.
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.
Sinh viên thực hiện: Lê Hữu Tính
Hướng dẫn: Bùi Văn Ga
6
Nghiên cứu cải tạo hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống thành hệ thống nhiên liệu common rail
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 1 o 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 2o 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 dòng 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 không quá nhọn để đề phòng
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 hòa trộn giữa không 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 đòi hỏi lượng khí nạp phải nhiều hơn từ 10 - 40%.
1.4. Ưu nhược điểm của hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống và hệ thống nhiên
liệu Common Rail
1.4.1 Ưu nhược điểm hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống
Ưu điểm:
- Thiết kế và chế tạo đơn giản hơn so với hệ thống nhiên liệu Common Rail;
- Dễ dàng và thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa;
Nhược điểm:
- Tiêu hao nhiên liệu cao;
- Phát thải ô nhiễm cao;
Sinh viên thực hiện: Lê Hữu Tính
Hướng dẫn: Bùi Văn Ga
7
Nghiên cứu cải tạo hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống thành hệ thống nhiên liệu common rail
- Động cơ làm việc không êm dịu, có tiếng ồn.
1.4.2. Ưu nhược điểm của hệ thống nhiên liệu Common Rail
Ưu điểm:
- Tiêu hao nhiên liệu thấp;
- Phát thải ô nhiễm thấp, đặc biệt là bồ hóng;
- Động cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn;
- Cải thiện tính năng động cơ;
- Thiết kế phù hợp để thay thế cho các động cơ Diesel đang sử dụng.
Nhược điểm:
- Thiết kế và chế tạo phức tạp đòi hỏi công nghệ cao;
- Khó xác định và lắp đặt các chi tiết Common Rail trên động cơ cũ.
1.5. Tình hình nghiên cứu cải tạo động cơ diesel truyền thống thành động cơ sử
dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail
1.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Châu Âu đi tiên phong trong việc sử dụng động cơ diesel chiếm trên 50% thị phần,
có hơn 1/3 số xe mới sử dụng nhiên liệu diesel. Tại một vài quốc gia, diesel đã lấn sân
hoàn toàn xăng và đó là nguyên nhân mà châu lục này ít phụ thuộc vào giá xăng hơn
Mỹ, tại Pháp, Áo, Đức, Thụy Sỹ thì động cơ diesel nhiều hơn động cơ xăng, việc giảm
thiểu tiêu thụ nhiên liệu cũng tăng lượng xe động cơ diesel tại Mỹ và các nước châu Á
trong thời gian qua. Áp dụng công nghệ hiện đại như đa van, phun nhiên liệu trực tiếp,
kiểm soát cháy nổ, động cơ diesel phát triển mạnh mẽ.đến nay động cơ diesel đã đáp
ứng được các tiêu chuẩn Euro 1,2,3,4,5 và hướng đến là Euro 6.
Với sự nỗ lực của các nhà công nghiệp dầu mỏ thì hàm lượng lưu huỳnh đã giảm
từ 500 ppm (phần triệu) xuống còn 50 ppm vào cuối năm 2004 tại 1 số nước. Nhật với
hàm lượng lưu huỳnh dưới 50ppm đã được cung cấp nhiều nơi trên thế giới. Kết hợp
thêm bộ xúc tác ô xy hóa cao mà bộ lọc bụi diesel với khả năng phục hồi liên tục đã trở
thành hiện thực.
Năm 2007, nhiên liệu diesel với hàm lượng lưu huỳnh dưới 10ppm đã được cung
cấp. có thể áp dụng công nghệ xúc tác để giảm khí NOx như NSR (NOx storage
reduction- bộ xử lý NOx) và DPNR (diesel particulates and NOx reduction- bộ giảm
lượng NOx và bụi cho động cơ Diesel) điều này giúp động cơ cực kỳ sạch và thân thiện
với môi trường, sử dụng động cơ diesel sẽ ngày càng thông dụng. Tạo momen xoắn lớn,
xe có sức kéo mạnh hơn, khả năng leo dốc và vươt địa hình phức tạp cao.
Động cơ Diesel phát triển vào năm 1897 nhờ Rudolf Diesel hoạt động theo nguyên
Sinh viên thực hiện: Lê Hữu Tính
Hướng dẫn: Bùi Văn Ga
8
