Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2kd ftv 2 5 d 4d trên xe toyota hiace
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4 MB, 122 trang )
Lê Minh Dũng
KHẢO SÁT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV (2.5D-4D) TRÊN XE TOYOTA HIACE
2020
..
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN
LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV (2.5D-4D) TRÊN XE
TOYOTA HIACE
Người hướng dẫn: TS. LÊ MINH TIẾN
Sinh viên thực hiện: LÊ MINH DŨNG
Số thẻ sinh viên: 103150112
Đà Nẵng, 07/2020
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
CHUN NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN
LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV (2.5D-4D) TRÊN XE
TOYOTA HIACE
Người hướng dẫn: TS. LÊ MINH TIẾN
Sinh viên thực hiện: LÊ MINH DŨNG
Số thẻ sinh viên: 103150112
Lớp: 15C4B
Đà Nẵng, 07/2020
TÓM TẮT
Tên đề tài: Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5 D- 4D)
trên xe Toyota Hiace.
Sinh viên thực hiện: LÊ MINH DŨNG
Số thẻ SV: 103150112
Lớp: 15C4B
Hệ thống nhiên liệu có vai trị quan trọng trong quá trình làm việc của động cơ. Việc
hoạt động của hệ thống nhiên nhiệu có ảnh hưởng đến tính kinh tế, kĩ thuật của động cơ.
Trên động cơ diesel hiện đại, người ta thường sử dụng hệ thông nhiên liệu Common Rail.
Hệ thống này có tính kinh tế, kĩ thuật tốt hơn so với hệ thống nhiên liệu cổ điển, đồng thời
nó được tạo ra nhằm hạn chế lượng phát thải ô nhiễm do động cơ sử dụng diesel tạo ra.
Đề tài “Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D) trên xe
Toyota Hiace” nhằm khảo sát các bộ phận cũng như toàn hệ thống Common Rail động cơ
và thiết kế một vài chi tiết chính của động cơ.
Để thực hiện đề tài, đồ án có cấu trúc các phần như sau:
-
Mục đích ý nghĩa đề tài.
-
Tổng quan về hệ thống nhiên liệu diesel.
Giới thiệu xe Toyota Hiace và động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D).
Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D).
-
Tính toán kiểm nghiệm hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D)
Các hư hỏng, cách khắc phục
Kết luận đề tài.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: LÊ MINH DŨNG
Lớp:15C4B
Số thẻ sinh viên: 103150112
Khoa:Cơ khí Giao thơng
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí
1. Tên đề tài đồ án: Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5 D4D) trên xe Toyota Hiace
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: Dựa trên cơ sở động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D)
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
-
Chương 1: Mục đích ý nghĩa đề tài.
Chương 2: Tổng quan về hệ thống nhiên liệu động cơ diesel.
Chương 3: Giới thiệu xe Toyota Hiace và động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D).
Chương 4: Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D).
-
Chương 5: Tính tốn kiểm nghiệm hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV
(2.5 D-4D)
Chương 6: Tìm hiểu các hư hỏng, cách khắc phục
Kết luận.
-
5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
- Bản vẽ 1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel (1A3)
- Bản vẽ 2: Bơm cao áp sử dụng trong hệ thống nhiên liệu diesel (1A3).
- Bản vẽ 3: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5-D4D) (1A3).
- Bản vẽ 4: Ống phân phối, van giới hạn áp suất và cảm biến áp suất nhiên liệu (1A3).
- Bản vẽ 5: Bầu lọc nhên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D) (1A3).
- Bản vẽ 6: Kết cấu bơm cao áp HP3 (1A3).
- Bản vẽ 7: Sơ đồ hoạt động của bơm piston trong bơm cao áp HP3 (1A3).
- Bản vẽ 8: Kết cấu kim phun nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5-D4D)
6. Họ tên người hướng dẫn: TS. LÊ MINH TIẾN
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 10/02/2020
8. Ngày hoàn thành đồ án: 24/06/2020
Đà Nẵng, ngày tháng 06 năm 2020
Trưởng bộ môn ô tô và máy động lực
Người hướng dẫn
PGS.TS Dương Việt Dũng
TS. Lê Minh Tiến
LỜI NĨI ĐẦU
Nhu cầu đi lại, vận chuyển hàng hóa, con người luôn là nhu cầu thiết yếu từ trước
đến nay. Đặc biệt với sự phát triển mọi mặt về đời sống xã hội, hạ tầng cơ sở, công nghệ kĩ thuật, kinh tế thì việc sử dụng ơ tơ trong việc đi lại và vận chuyển hàng hóa gần như là
phổ biến nhất. Với việc lượng ô tô được sử dụng như hiện tại, nó đã nảy sinh ra nhiều vấn
đề như việc ô nhiễm môi trường, cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch. Do đó, tiêu chuẩn
mơi trường được xem như là tiêu chuẩn hàng đầu. Trong bối cảnh đó khí thải động cơ diesel
là một trong những thủ phạm gây nên ô nhiễm môi trường. Trải qua các thời kỳ 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 nhằm giới hạn các chất ơ nhiễm. Vì vậy, hệ thống cung cấp
nhiên liệu Common-Rail được đưa ra như một trong các biện pháp nhằm giải quyết vấn đề
trên.
Vì vậy là một sinh viên ngành ô tô em quyết định chon đề tài “Khảo sát hệ thống
cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D) trên xe Toyota Hiace” làm đề tài tốt
nghiệp chun ngành của mình.
Do kiến thức bản thân cịn hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều và thời gian có hạn nên
đồ án này của em khơng tránh những thiếu sót, kính mong thầy giáo hướng dẫn và các thầy
cơ trong khoa chỉ bảo thêm để đồ án được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Lê Minh Tiến và các thầy trong khoa
đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Đà Nẵng, ngày 16 tháng 06 năm 2020
Sinh viên thực hiện
Lê Minh Dũng
iv
CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là đề tài đồ án tốt nghiệp mới. Các số liệu sử dụng phân tích trong
đồ án tốt nghiệp có nguồn gốc rõ ràng, theo đúng những tài liệu tham khảo. Các kết quả
nghiên cứu trong đề tài do em tự tìm hiểu, tính tốn, phân tích một cách trung thực, khách
quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam.
Trực tiếp thực hiện đầy đủ các nhiệm vụ được giao dưới sự chỉ đạo của giáo viên hướng
dẫn.
Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án đã được cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong
đồ án đã được thơng tin trích dẫn rõ ràng và được phép cơng bố.
Sinh viên thực hiện
Lê Minh Dũng
v
MỤC LỤC
TÓM TẮT……………………………………………………………………….……. i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP……………………………………………..…..ii
LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………….………..iv
CAM ĐOAN…………………………………………………………………….……..v
MỤC LỤC………………………………………………………………………….…vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ……………………………………….……..ix
DANH SÁCH CỤM TỪ VIẾT TẮT…………………………………………….…xiii
MỞ ĐẦU….... ........................................................................................................... ix
Chương 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐÔNG CƠ ....................... 2
1.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel ........... 4
1.1.1. Nhiệm vụ của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel ............................... 4
1.1.2. Yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel............................. 4
1.2. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel ............................................... 5
1.3. Đặc điểm hình thành hịa khí bên trong động cơ diesel ......................................... 6
1.4. Đặc điểm kết cấu các bộ phận chính của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ
diesel ........................................................................................................................... 8
1.5. Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common-Rail trên động cơ diesel ........................ 12
Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ XE TOYOTA HIACE VÀ ĐỘNG CƠ 2KD-FTV (2.5
D-4D)……………………………………………………………...…………………..16
2.1. Lịch sử phát triển xe Toyota Hiace. .................................................................... 16
2.2. Các thông số xe .................................................................................................. 17
2.3. Các thông số động cơ 2KD-FTV (2.5D-4D). ...................................................... 18
2.4. Các cơ cấu chính của động cơ............................................................................. 20
vi
2.4.1. Thân máy......................................................................................................... 20
2.4.2. Nắp máy. ......................................................................................................... 20
2.5. Tính tốn nhiệt động cơ ...................................................................................... 34
2.5.2. Tính tốn các thơng số của chu trình................................................................ 37
CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ
2KD-FTV (2.5D-4D) ................................................................................................ 52
3.1. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu Common-Rail động cơ diesel 2KD-FTV ..... 52
3.2. Đặc tính và chức năng của hệ thống ................................................................... 53
3.3. Ưu điểm của hệ thống nhiên liệu Common-Rail động cơ 2KD-FTV................... 53
3.4. Kết cấu của hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail động cơ 2KD-FTV ...... 54
3.4.1. Vùng áp suất thấp ............................................................................................ 54
3.4.1.1. Bình chứa nhiên liệu. .................................................................................... 54
3.4.1.2. Đường nhiên liệu áp suất thấp....................................................................... 55
3.4.1.3. Bình lọc nhiên liệu........................................................................................ 55
3.4.2. Vùng áp suất cao ............................................................................................. 57
3.4.2.1. Bơm cao áp HP3 ........................................................................................... 58
3.4.2.2. Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (ống rail) ................................................ 67
3.4.2.3. Vòi phun nhiên liệu (loại X2) ....................................................................... 70
3.4.2.4. Bộ phận làm mát nhiên liệu hồi .................................................................... 73
3.4.2.5. Đường ống dẫn nhiên liệu áp suất cao........................................................... 74
3.5. Các cảm biến và hệ thống điều khiển của hệ thống nhiên liệu Common Rail động
cơ 2KD-FTV ............................................................................................................. 74
3.5.1. Cảm biến vị trí trục cam (G) và cảm biến vị trí trục khuỷu (NE)...................... 74
3.5.2. Cảm biến vị trí bàn đạp ga ............................................................................... 77
3.5.3. Cảm biến nhiệt độ khí nạp ............................................................................... 78
3.5.4. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. .................................................................... 79
3.5.5. Cảm biến áp suất khí nạp ................................................................................. 81
3.5.6. Bộ điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit) ...................................... 82
3.5.6.1. Cấu tạo của bộ điều khiển điện tử ECU ........................................................ 83
3.5.6.2. Cấu trúc bộ điều khiển điện tử ECU ............................................................. 85
vii
3.5.6.3. Mạch giao tiếp vào/ra (I/O)........................................................................... 85
3.5.7. Thiết bị dẫn động điện tử EDU (Electronic Driving Unit) ................................ 87
3.6. Quá trình điều khiển phun nhiên liệu .................................................................. 88
3.6.1. Điều khiển lượng phun nhiên liệu .................................................................... 89
3.6.2. Điều khiển thời điểm phun nhiên liệu .............................................................. 92
3.6.3. Điều khiển tốc độ phun nhiên liệu ................................................................... 93
3.6.4. Điều khiển áp suất phun nhiên liệu .................................................................. 94
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG
CƠ 2KD-FTV (2.5D-4D) ......................................................................................... 95
4.1. Xác định các thơng số cơ bản của bơm cao áp và vịi phun ................................. 95
4.1.1. Thông số cơ bản của bơ cao áp ........................................................................ 95
4.1.2. Xác định các thông số cơ bản của vịi phun ..................................................... 97
CHƯƠNG 5: TÌM HIỂU CÁC HƯ HỎNG, CÁCH KHẮC PHỤC VÀ CHẨN
ĐOÁN ...................................................................................................................... 99
5.1. Những hư hỏng thường gặp ở hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ 2KD FTV .......................................................................................................................... 99
5.1.1. Hư hỏng ở bơm cao áp..................................................................................... 99
5.1.2. Các hư hỏng của vòi phun ............................................................................... 99
5.1.3. Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu ................................................................. 100
5.1.4. Các hư hỏng của đường ống dẫn nhiên liệu ................................................... 100
5.1.5. Hư hỏng hệ thống điện tử và các cảm biến..................................................... 100
5.2. Khắc phục các hư hỏng của hệ thống ................................................................ 100
5.2.1. Bơm cao áp ................................................................................................... 100
5.2.2. Ống phân phối ............................................................................................... 100
5.2.3. Vịi phun........................................................................................................ 100
5.3. Phương pháp chẩn đốn.................................................................................... 101
5.3.1. Động cơ không tải, không êm, bị rung động .................................................. 101
5.3.2. Động cơ có tiếng gõ, kêu lạch cạch................................................................ 102
5.3.3. Động cơ yếu, bị ì ........................................................................................... 103
KẾT LUẬN ............................................................................................................ 104
viii
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 106
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Bảng 1.1 – Bảng so sánh hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel dùng bơm cao áp thẳng hàng
và hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel Common Rail…………………………………3
Bảng 2.1- Bảng thông số kỹ thuật Toyota Hiace 2018……………………….………18
Bảng 2.2- Bảng thông số kỹ thuật động cơ……………………………………..…….19
Bảng 2.3- Bảng thông số chọn tính tốn nhiệt………………………………..………37
Bảng 2.4- Bảng xây dựng đường nén và đường giản nở………………………..…....48
Bảng 2.5- Bảng giá trị biểu diễn đường nén và giãn nở………………………...……49
Bảng 5.1- Bảng chẩn đoán động cơ không tải, không êm, bị rung động …………...101
Bảng 5.2- Bảng chẩn đốn động cơ có tiếng gõ, kêu lạch cạch………………..……102
Bảng 5.3- Bảng chẩn đốn động cơ bị yếu, bị ì……………………………..………103
Hình 1.1- Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel……………………………..……5
Hình 1.2- Cấu tạo bơm cao áp thẳng hàng ……………………………………………8
Hình 1.3- Bơm cao áp phân phối ………………………………………….…….…….9
Hình 1.4- Cấu tạo vịi phun……………………………………………………..…….11
Hình 1.5- Hệ thống nhiên liệu Diesel Common-Rail ……………………….….…….15
Hình 2.1- Xe Toyota Hiace 2018…………………………………………….……….16
Hình 2.2- Mặt cắt động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D) ………………………….………..18
Hình 2.3- Thân máy động cơ 2KD-FTV……………………………………..……….20
Hình 2.4- Nắp máy động cơ………………………………………………….……….20
ix
Hình 2.5- Cấu tạo nắp máy động cơ 2KD-FTV………………………………………21
Hình 2.6- Vịng đệm nắp máy……………………………………...…………………21
Hình 2.7- Piston động cơ 2KD-FTV………………………………………………….22
Hình 2.8- Thanh truyền và bạc lót thanh truyền …………………………………...…23
Hình 2.9- Trục khuỷu và bạc trục khuỷu ………………………………………….….23
Hình 2.10- Puli trục khuỷu……………………………………………...……….........24
Hình 2.11- Trục cân bằng động cơ ………………………………..…….…………....25
Hình 2.12- Cơ cấu phối khí động cơ..………………………………………….….….26
Hình 2.13- Trục cam động cơ ..…………………………………………….………...26
Hình 2.14- Cơ cấu xupap ………………………………………………………..…...27
Hình 2.15- Hệ bánh răng ……………………………………………………..…....…27
Hình 2.16- Hệ thống bơi trơn………………………………………………...……….28
Hình 2.17- Sơ đồ đường dầu bơi trơn ……………………………………….....…….28
Hình 2.18- Vịi phun dầu…………………………………………….…………..........29
Hình 2.19- Hệ thống làm mát………………………………………………...…...….30
Hình 2.20- Sơ đồ hệ thống làm mát ………………………………………..…......….30
Hình 2.21- Bướm ga……………………………………………………….…….…....31
Hình 2.22- Ống nạp………………………………………………………………..….32
Hình 2.23- Bộ giải nhiệt khí nạp……………………………………………………...32
Hình 2.24- Van EGR động cơ 2KD-FTV………………………………………….…33
Hình 2.25- Tua bin tăng áp động cơ 2KD-FTV……………………………...……….34
Hình 2.26- Đồ thị cơng…………………………………………………………...…...51
Hình 3.1- Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common-Rail động cơ 2KD-FTV ……….....…52
Hình 3.2- Bầu lọc nhiên liệu……………………………………………………..…...56
Hình 3.3- Sơ đồ mạch cảnh báo bầu lọc nhiên liệu ………………………….........….57
x
Hình 3.4- Bơm cao áp HP3…………………………………………………..….........58
Hình 3.5- Cấu tạo bơm cao áp HP3……………………………………………..……59
Hình 3.6- Sơ đồ hoạt động của bơm cao áp HP3…………………………………..…60
Hình 3.7- Cấu tạo bơm cao áp HP3 ( mặt cắt thể hiện bơm piston) …………...……..61
Hình 3.8- Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm piston……………………………..…62
Hình 3.9- Cấu tạo bơm cao áp HP3 (mặt cắt thể hiện bơm nạp) ………………..…....63
Hình 3.10- Sơ đồ điều khiển van SCV của ECU………………………………….…..64
Hình 3.11- Cấu tạo van SCV………………………………………………………….64
Hình 3.12- Sơ đồ hoạt động của bơm khi van SCV mở nhỏ …………………..……..65
Hình 3.13- Sơ đồ hoạt động của bơm khi van SCV mở lớn ……………………..…...66
Hình 3.14- Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nhiên liệu……………………………………..66
Hình 3.15- Cấu tạo ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao …………………………...….67
Hình 3.16- Cấu tạo van giới hạn áp suất…………………………………………...…68
Hình 3.17- Cảm biến áp suất trên ống rail…………………………………………....69
Hình 3.18- Sơ đồ mạch cảm biến và Đặc tính áp suất theo điện áp………………......70
Hình 3.19- Cấu tạo vịi phun………………………………………………….…..…..71
Hình 3.20- Mã QR và ID trên vịi phun……………………………………….…...…73
Hình 3.21- Bộ phận làm mát nhiên liệu hồi……………………………………......…73
Hình 3.22- Sơ đồ mạch thu nhận tín hiệu NE và G ……………………………….….74
Hình 3.23- Cảm biến vị trí trục khuỷu………………………………………….…......75
Hình 3.24- Cảm biến vị trí trục cam…………………………………………..……....76
Hình 3.25- Biểu đồ xung tín hiệu NE và G ………………………………………...…77
Hình 3.26- Cảm biến vị trí bàn đạp ga…………………………………………....…...77
Hình 3.27- Sơ đồ mạch cảm biến vị trí bàn đạp ga …………………………....…..….77
Hình 3.28- Biểu đồ đặc tính đầu ra tuyến tính……………………………………...…78
xi
Hình 3.29- Cảm biến nhiệt độ khí nạp và Đường đặc tính nhiệt độ-điện trở ………....79
Hình 3.30- Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát……………………………..…..80
Hình 3.31- Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát ……………………....80
Hình 3.32- Cảm biến áp suất khí nạp…………………………………………………81
Hình 3.33- Sơ đồ hoạt động cảm biến áp suất khí nạp với van VSV ………………...82
Hình 3.34- Đặc tính áp suất – điện áp đầu ra PIM……………………………………82
Hình 3.35- Sơ đồ điều khiển hệ thống nhiên liệu động cơ …………………………...83
Hình 3.36- Sơ đồ khối các hệ thống trong ECU với bộ vi xử lý ……………………..84
Hình 3.37- Sơ đồ khối cấu trúc CPU………………………………………………….85
Hình 3.38- Mạch điện của bộ chuyển đổi A/D …………………………………….....86
Hình 3.39- Mạch điện bộ đếm………………………………………………………...86
Hình 3.40- Mạch điện bộ nhớ trung gian …………………………………………….86
Hình 3.41- Mạch điện bộ khuếch đại ………………………………………………...87
Hình 3.42- Sơ đồ bộ ổn áp…………………………………………………………….87
Hình 3.43- Mạch giao tiếp ngõ ra…………………………………………………..…87
Hình 3.44- Mạch điều khiển phun nhiên liệu ………………………………………...88
Hình 3.45- Phương pháp tính tốn lượng phun……………………………………….89
Hình 3.46- Ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến lượng phun khởi động ……...90
Hình 3.47- Sơ đồ điều chỉnh tốc độ khơng tải………………………………………...91
Hình 3.48- Điều khiển giảm rung khi chạy khơng tải. ……………………………….92
Hình 3.49- Điều khiển thời gian phun nhiên liệu ………………………………….…92
Hình 3.50- Đường đặc tính thời gian phun nhiên liệu …………………………….….93
Hình 3.51- Biễu diễn tốc độ phun nhiên liệu……………………………………….…93
Hình 3.52- Đường đặc tính áp suất phun nhiên liệu…………………………………..94
xii
DANH SÁCH CỤM TỪ VIẾT TẮT
TWV: Two Way Valve (Van hai chiều)
SCV: Suction Control Valve (Van điều khiển hút)
ECU: Electronic Control Unit (Hệ thống điều khiển điển tử)
EDU: Electronic Driving Unit (Hệ thống dẫn động điện tử)
EGR: Exhaust Gas Recirculation (Tuần hồn khí thải)
xiii
Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5D-4D) trên xe Toyota Hiace
MỞ ĐẦU
Mục đích thực hiện đề tài: Vấn đề về ô nhiễm môi do các phương tiện giao thông
gây ra đang được quan tâm. Các nhà quản lý đang ngày càng đặt ra các yêu cầu về tiêu
chuẩn khí thải cao hơn. Vì vậy việc cải thiện được khả năng giảm thiểu ô nhiễm môi
trường cũng như tăng hiệu quả kinh tế trên xe ô tô đang được chú trọng, nhất là đối với
xe sử dụng động cơ diesel. Vì vậy đề tài “Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động
cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D) trên xe Toyota Hiace” sẽ giúp hiểu hơn về hệ thống Common
Rail của động cơ, trên cơ sở đó có thể đưa ra các giải pháp, biện pháp tốt hơn lên hệ
thống cung cấp nhiên liệu của động cơ nhằm giảm thiểu lượng khí thải cũng như tăng
chỉ tiêu kinh tế, kĩ thuật của động cơ.
Mục tiêu đề tài: khảo sát thiết kế hệ thống nhiên liệu Common Rail.
Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:
-
Đối tượng nghiên cứu: Động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D) trên xe Toyota Hiace.
-
Phạm vi nghiên cứu: Tập trung vào kết cấu và nguyên lý làm việc của cơ cấu
của hệ thống Common Rail động cơ.
Phương pháp nghiên cứu: vận dụng kiến thức chuyên nghành và tìm hiểu học hỏi
các nguồn tài liệu khác.
Để thực hiện đề tài, đồ án có cấu trúc các phần như sau:
-
Mục đích ý nghĩa đề tài.
-
Tổng quan về hệ thống nhiên liệu diesel.
-
Giới thiệu xe Toyota Hiace và động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D).
-
Tính tốn kiểm nghiệm hệ thống nhiên liệ động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D).
-
Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D).
-
Các hư hỏng, cách khắc phục
-
Kết luận đề tài.
Sinh viên thực hiện: Lê Minh Dũng
Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Minh Tiến
1
Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5D-4D) trên xe Toyota Hiace
Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐÔNG CƠ
Ra đời sớm nhưng động cơ diesel không phát triển như động cơ xăng do gây ra nhiều
tiếng ồn, khí thải bẩn. Tuy nhiên cùng với sự phát triển khoa học công nghệ, các vấn đề
này được giải quyết và động cơ diesel ngày càng trở nên phổ biến và hữu dụng hơn.
Động cơ diesel được Rudolf Diesel phát minh vào năm 1892 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 hịa khí rồi tự bốc cháy. Đến năm 1927, Robert Bosch mới phát triển bơm
cao áp (bơm phun Bosch lắp cho động cơ diesel trên ô tô thường mại và ô tô khách vào
năm 1936).
Khí thải động cơ diesel là một trong những thủ phạm gây ô nhiễm môi trường. Động
cơ diesel với tính hiệu quả kinh tế hơn là động cơ xăng, tuy nhiên vấn đề và tiếng ồn và
khí thải vẫn là những hạn chế khi sử dụng động cơ diesel. Do đó, hệ thống nhiên liệu
diesel khơng ngừng được cải tiến với các giải pháp kĩ thuật tối ưu nhằm 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 giải pháp khác nhau về kĩ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm hạn chế
các chất ô nhiễm. Các biện pháp chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề:
-
Tăng tốc độ phun để giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc độ hịa trộn nhiên liệu
– khơng khí.
-
Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp.
-
Điều chỉnh dạng quy luật phun theo hướng kết thúc nhanh quá trình phun.
-
Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả.
Hiện nay các nhược điểm đó đã được khắc phục bằng cách cải tiến một số bộ
phận của hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển điện tử như:
-
Bơm cao áp điều khiển điện tử.
-
Vịi phun điện tử.
-
Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (ống rail).
Sinh viên thực hiện: Lê Minh Dũng
Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Minh Tiến
2
Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5D-4D) trên xe Toyota Hiace
Bảng 1.1 – Bảng so sánh hệ thống nhiên liệu động cơ diesel dùng bơm cao áp thẳng
hàng và hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel Common Rail
Bơm VE, thẳng hàng
Common Rail System
Bơm (Điều tốc)
ECU động cơ, Vịi phun (TWV)
Hệ thống
Kiểm sốt lượng phun
Kiểm sốt thời gian phun Bơm (Cảm biến thời gian) ECU động cơ, Vòi phun (TWV)
Tăng áp suất
Bơm
ECU động cơ, Bơm cao áp
Bộ phân phối
Bơm
ECU động cơ, Ống Rail
Kiểm soát áp suất phun
Phụ thuộc tốc độ và lượng
ECU động cơ, Bơm cao áp
phun
(SCV)
Năm 1986 Bosch đã đưa ra thị trường việc điều khiển điện tử cho hệ thống cung
cấp nhiên liệu diesel được gọi là hệ thống nhiên liệu Common Rail.
Cho đến nay hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail đã được hoàn thiện. Trong
động cơ diesel hiện đại, áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi phun một cách riêng
rẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong ống rail và được phân phối đến từng vòi phun
theo yêu cầu. So với các hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel thơng thường thì Common
Rail Diesel đã đáp ứng và giải quyết được những vấn đề:
-
Giảm tối đa mức độ tiếng ồn và giảm dao động
-
Nhiên liệu được phun với áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử. Thời
Sinh viên thực hiện: Lê Minh Dũng
Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Minh Tiến
3
Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5D-4D) trên xe Toyota Hiace
gian phun rất ngắn và tốc độ phun nhanh. Có thể thay đổi áp suất phun và thời điểm
phun theo chế độ làm việc của động cơ.
-
Tiết kiệm nhiên liệu.
-
Giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
1.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel
1.1.1. Nhiệm vụ của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel
Dự trữ nhiên liệu đảm bảo cho động cơ làm việc liên tục trong một khoảng thời
gian nhất định, không cần cấp thêm nhiên liệu; lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong
nhiên liệu; giúp nhiên liệu chuyển động thơng thống trong hệ thống.
Cung cấp nhiên liệu cho động cơ đảm bảo tốt các yêu cầu sau:
-
Lượng nhiên liệu cung 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 liệu vào xi lanh phải đồng đều.
-
Phai phun nhiên liệu vào xi lanh qua lỗ phun nhỏ với chênh áp lớn phía trước
và sau lỗ phun, để nhiên liệu được xé tơi tốt.
Các tia nhiên liệu phun vào xi lanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa số lượng,
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 mơi chất trong buồng cháy để hịa khí
được hình thành nhanh và đều.
- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ…
1.1.2. Yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel
Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
-
Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao.
-
Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa.
-
Dễ chế tạo, giá thành hạ.
Sinh viên thực hiện: Lê Minh Dũng
Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Minh Tiến
4
Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5D-4D) trên xe Toyota Hiace
1.2. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel
Hình 1.1 – Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel
1- Thùng nhiên liệu; 2,12- Ống nhiên liệu thấp áp; 3- Bình lọc thô; 4- Bơm chuyển; 5Bơm cao áp; 6- Đường dầu cao áp; 7- Vòi phun ; 8,10- Đường dầu hồi; 9- Đường dầu
vào bơm cao áp; 11- Bầu lọc tinh.
Trên hình 1.1 là sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel. Bơm chuyển nhiên liệu
4 hút nhiên liệu từ thùng nhiên liệu 1 qua bình lọc thơ 3 vào bơm rồi cung cấp nhiên liệu
qua bình lọc tinh 11, tới bơm cao áp 5. Lúc này, bơm cao áp 5 đẩy nhiên liệu đi tiếp vào
đường cao áp 6, tới vòi phun 7 để phun vào buồng cháy động cơ. Nhiên liệu dư thừa
trong bơm cao áp qua đường dầu hồi về thùng chứa và tới cửa hút của bơm chuyển nhiên
liệu. Một phần nhiên liệu rò rỉ trong vòi phun 7 (khoảng 0,02% nhiên liệu phun vào xi
lanh) đi theo đường dầu hồi trở về thùng nhiên liệu.
Không khí từ ngồi trời vào qua bình lọc rồi vào ống nạp, đi qua xupap nạp đi vào
động cơ, hòa trộn với nhiên liệu được bơm qua vòi phun tạo thành hịa khí cháy. Trong
q trình nén, các xupap hút và xả đều đóng kín, khi piston đi lên thì khơng khí trong xi
lanh bị nén. Piston càng tới sát điểm chết trên, khơng khí bên trên piston bị chèn chui
vào phần khoét lõm ở đỉnh piston, tạo ra ở đây dịng khí xốy lốc hướng kính ngày càng
mạnh. Cuối q trình nén, nhiên liệu được phun vào dịng xốy lốc này, được xé nhỏ,
Sinh viên thực hiện: Lê Minh Dũng
Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Minh Tiến
5
Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5D-4D) trên xe Toyota Hiace
sấy nóng, bay hơi và hịa trộn đều với khơng khí tạo ra hịa khí rồi bốc cháy.
1.3. Đặc điểm hình thành hịa khí bên trong động cơ diesel
1.3.1. Đặc điểm
Có 2 đặc điểm sau:
-
Hịa khí hình thành bên trong xi lanh động cơ với thời gian rất ngắn, tính theo
góc quay trục khuỷu chỉ bằng 1/10 đến 1/20 so với trường hợp của động cơ xăng. Ngồi
ra, nhiên liệu diesel lại khó bay hơi hơn xăng nên phải được phun thật tơi và hòa trơn
đều trong khơng gian buồng cháy. Vì vậy, phải tạo điều kiện để nhiên liệu được sấy
nóng, bay hơi nhanh và hịa trộn đều với khơng khí trong buồng cháy nhằm tạo ra hịa
khí. Mặt khác, phải đảm bảo cho nhiệt độ khơng khí trong buồng cháy tại thời gian phun
nhiên liệu phải đủ lớn để hịa khí có thể tự bốc cháy.
-
Q trình hình thành hịa khí và q trình bốc cháy nhiên liệu của động cơ
diesel chồng chéo lên nhau. Sau khi phun nhiên liệu, trong buồng cháy diễn ra một loạt
thay đổi về lý hóa của nhiên liệu, sau đó phần nhiên liệu phun và trước đã tạo ra hịa khí,
tự bốc cháy, trong khi nhiên liệu vẫn được phun tiếp, cung cấp cho xi lanh của động cơ.
Như vậy, sau khi đã cháy một phần, hòa khí vẫn tiếp tục được hình thành, và thành phần
hịa khí thay đổi liên tục trong khơng gian và suốt thời gian của quá trình.
1.3.2. Những đặc trưng của động cơ diesel
Do thời gian hình thành hịa khí bên trong ngắn, làm cho chất lượng hịa trộn rất
khó đạt được mức độ đồng đều, vì vậy động cơ có những đặc trưng sau:
-
Trong quá nén, bên trong xi lanh chỉ là khơng khí, do đó có thể tăng tỉ số nén
ε, qua đó làm tăng hiệu suất động cơ, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi làm tăng nhiệt
độ môi chất giúp hịa khí dễ tự bốc cháy.
-
Đường nạp chỉ có khơng khí nên khơng cần để ý đến vấn đề sấy nóng, bay hơi
của nhiên liệu trên đường nạp như động cơ xăng. Có thể dùng đường nạp có kích thước
lớn, ít gây cản và khơng cần sấy nóng với cấu tạo đơn giản.
-
Có thể dùng hịa khí rất nhạt trong buồng cháy (do tính hịa trộn khơng đều của
Sinh viên thực hiện: Lê Minh Dũng
Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Minh Tiến
6
Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5D-4D) trên xe Toyota Hiace
hịa khí) nên có thể sử dụng cách điều chỉnh chất (tức cỉ điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp
cho chu trình mà khơng điều chỉnh lưu lượng khơng khí) khi cần thay đổi tải của động
cơ.
-
Động cơ diesel có một mặt bất lợi (do tính chất hịa trộn khơng đều tạo ra) là:
bị hạn chế về khả năng giảm α (tức là không thể sử dụng hết khơng khí thừa trong buồng
cháy để đốt thêm nhiên liệu) và khả năng nâng cao tốc độ động cơ (do tốc độ cháy của
hịa khí khơng đều chậm hơn). Những hạn chế trên đã làm cho công suất lít (cơng suất
đơn vị) của động cơ diesel nhỏ hơn so với động cơ xăng.
1.3.3. Phân loại hình thành hịa khí trong động cơ diesel
• Dựa vào vị trí bay hơi của nhiên liệu chia thành:
-
Hình thành hịa khí kiểu không gian: nhiên liệu được phun tơi vào không gian
buồng cháy, được sấy nóng, bay hơi và hịa trộn đều với khơng khí tại đây, tạo thành
hịa khí.
-
Hình thành hịa khí trên bề mặt: nhiên liệu được phun và tráng thành màng trên
bề mặt thành buồng cháy, được sấy nóng, bay hơi tại đây để hịa trộn với khơng khí.
-
Hình thành hịa khí kiểu hỗn hợp: theo u cầu của các chế độ vận hành khác
nhau, một phần nhiên liệu được hình thành hịa khí theo kiểu khơng gian, cịn một phần
hình thành trên bề mặt buồng cháy.
• Dựa vào nhân tố điều khiển, sự hình thành hịa khí chia thành:
-
Phun trực tiếp, hình thành hịa khí chủ yếu dựa vào sự phối hợp giữa chất lượng
phun sương của nhiên liệu với hình dạng buồng cháy, tác dụng phụ là vận động xốy
lốc của dịng khí nạp và dịng khí chèn cuối q trình nén.
-
Kiểu xốy lốc, hình thành hịa khí chủ yếu dựa vào sự phối hợp giữa chuyển
động xốy lốc của dịng mơi chất đi vào buồng cháy phụ và tia nhiên liệu trong buồng
cháy, ngồi ra cịn dựa vào cường độ dịng mơi chất từ buồng cháy phụ phun ra sau khi
bốc cháy kết hợp vơi hình dạng buồng cháy chính.
-
Kiểu dự bị, hình thành hịa khí chủ yếu dựa vào áp suất cao của môi chất trong
Sinh viên thực hiện: Lê Minh Dũng
Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Minh Tiến
7
Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5D-4D) trên xe Toyota Hiace
buồng cháy dự bị, sau khi một phần nhiên liệu đã được cháy trước ở đây tạo ra để phun
vào buồng cháy chính, giúp nhiên liệu chưa cháy kịp và khơng khí được hịa trộn tốt và
cháy kiệt nhanh trong buồng cháy chính.
1.4. Đặc điểm kết cấu các bộ phận chính của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ
diesel
1.4.1. Bơm cao áp
-
Bơm cao áp thẳng hàng:
Hình 1.2 – Cấu tạo bơm cao áp thẳng hàng
1- Bu lơng xả khí; 2- Vít hãm: 3- Đầu nối ống nhiên liệu đến vòi phun; 4- Đầu nối ống
nhiên liệu vào bơm; 5- Khớp nối trục cam; 6- Đĩa chắn dầu; 7- Trục bơm; 8- Ổ bi; 9Vỏ bộ điều tốc; 10- Lò xo van cao áp; 11- Van cao áp; 12- Đế van cao áp; 13- Piston
bơm cao áp; 14- Lò xo bơm cao áp; 15- Con đội; 16- Con lăn; 17- Cam
Nguyên lý hoạt động: Piston đi xuống nhờ lực đẩy lò xo 14, van cao áp 11 đóng
kín, nhờ độ chân khơng được tạo ra trong khơng gian phía trên piston, khi mở các lỗ A,
B nhiên liệu được nạp đầy vào không gian này cho tới khi piston nằm ở vị trí thấp nhất.
Piston đi lên nhờ cam 17, lúc đầu nhiên liệu bị đẩy qua các lỗ A, B ra ngoài; khi đỉnh
piston che kín hai lỗ A, B thì nhiên liệu ở khơng gian ở phía trên piston 13 tăng áp suất,
đẩy mở van cao áp 11, nhiên liệu đi vào đường cao áp tới vịi phun. Q trình cấp nhiên
liệu được tiếp diễn tới khi rãnh nghiêng trên đầu piston mở lỗ xả B thời điểm kết thúc
Sinh viên thực hiện: Lê Minh Dũng
Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Minh Tiến
8
Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5D-4D) trên xe Toyota Hiace
cấp nhiên liệu, từ lúc ấy nhiên liệu từ khơng gian phía trên piston qua rãnh dọc thốt qua
lỗ B ra ngồi khiến áp suất trong xilanh giảm đột ngột, van cao áp được đóng lại.
Loại bơm này được sử dụng rất rộng rãi vì chế tạo đơn giản, sử dụng tin cậy, việc
phân phối và điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình cũng rất đơn giản.
Tuy nhiên có nhược điểm sau: Kích thước và khối lượng lớn, có nhiều cặp chi tiết
chính xác, khó chế tạo. Trong sử dụng phải thường xuyên kiểm tra độ không đồng đều
về nhiên liệu cung cấp cho chu trình của các tổ bơm.
-
Bơm cao áp phân phối:
Hình 1.3 - Bơm cao áp phân phối
1- Bạc xả; 2- Thiết bị điều chỉnh thời gian phun; 3- Vành cam; 4- Con lăn; 5- Đĩa
truyền động; 6- Trục vào; 7- Bánh răng bơm chuyển; 8- Trục bộ điều tốc; 9- Bánh
răng bộ điều tốc; 10- Quả văng ; 11- Đòn điều chỉnh; 12- Lò xo điều tốc; 13-Màng
chân khơng; 14- Ống nối đường nạp; 15- Lị xo màng điều chỉnh chân khơng; 16Đường ống hồi dầu; 17- Vít điều chỉnh; 18- Đòn áp lực; 19- Van điện từ ; 20-Piston;
21- Van cao áp; 22- Đầu nối với vòi phun.
Sinh viên thực hiện: Lê Minh Dũng
Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Minh Tiến
9
