Khảo sát và Mô phỏng Hệ Thống Phun Nhiên Liệu Điện Tử Common Rail trên Động Cơ Diesel

Khảo sát hệ thống phun dầu điện tử Common Rail trên động cơ Diesel. Mô phỏng quá trình phun nhiên liệu, tối ưu hiệu suất động cơ và giảm phát thải.

• Tác giả: Trương Quốc Huy
• Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Tấn Nhựt
• Trường học: Trường Đại học Công nghệ Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Khảo sát và mô phỏng hệ thống phun nhiên liệu điện tử (Common Rail) trên động cơ Diesel
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• MỤC LỤC
• DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục đích nghiên cứu
• 1.3. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Kết quả dự kiến đạt được
• 1.6. Bố cục của đồ án
• 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL TRÊN XE ISUZU NQR 550
• 2.1. Giới thiệu về xe Isuzu NQR 550
• 2.1.1. Những thông số cơ bản của xe
• 2.2. Những thông số kỹ thuật của động cơ 4HK1
• 2.3. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu động cơ 4HK1
• 2.3.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 4HK1
• 2.3.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu động cơ 4HK1
• 2.3.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các chi tiết chính trên hệ thống
• 2.4. Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (ống rail)
• 2.5. Các chi tiết trong hệ thống điều khiển
• 2.5.1. Bộ xử lí trung tâm (ECM)
• 2.5.2. Các cảm biến đầu vào
• 3. TÍNH TOÁN CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CỦA XE ISUZU NQR 550
• 3.1. Tính toán nhiệt động cơ
• 3.1.1. Thông số của động cơ
• 3.1.2. Các thông số chọn ban đầu
• 3.1.3. Tính toán nhiệt của động cơ
• 3.1.4. Tính toán thông số chỉ thị
• 3.1.5. Các thông số chỉ tiêu có ích
• 3.1.6. Kiểm nghiệm kích thước xylanh
• 3.2. Tính toán kiểm nghiệm hệ thống cung cấp nhiên liệu
• 3.2.1. Tính toán xác định các thông số cơ bản của bơm cao áp
• 3.2.2. Tính toán xác định các thông số cơ bản của kim phun
• 3.3. Một số bản vẽ cấu tạo các chi tiết của hệ thống nhiên liệu trên xe Isuzu NQR 550
• 3.4. Mô phỏng cơ khí nguyên lý hoạt động của bơm tiếp vận và bơm cao áp kiểu bơm piston
• 4. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHUN NHIÊN LIỆU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL
• 4.1. Giới thiệu tổng quan về phần mềm AVL BOOST Hydsim
• 4.1.1. Thanh công cụ
• 4.1.2. Thư viện các phần tử
• 4.2. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống nhiên liệu Common Rail của động cơ 4HK1 trên xe Isuzu NQR 550
• 4.2.1. Tạo mô hình khối bơm cao áp
• 4.2.2. Tạo mô hình khối đường ống cao áp
• 4.2.3. Tạo mô hình khối vòi phun
• 4.2.4. Tạo mô hình khối buồng cháy
• 4.2.5. Kết nối các khối mô hình thành mô hình mô phỏng hệ thống nhiên liệu
• 5. XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRÊN XE ISUZU NQR 550
• 5.1. Mục đích của việc kiểm tra, chẩn đoán
• 5.2. Xây dựng quy trình chẩn đoán và sửa chữa phần cơ khí của hệ thống phun dầu điện tử trên xe Isuzu NQR 550
• 5.2.1. Động cơ có khói đen
• 5.2.2. Động cơ hoạt động có khói trắng
• 5.2.3. Kiểm tra bơm cao áp
• 5.2.4. Hao mòn và hư hỏng của kim phun
• 5.2.5. Quy trình chẩn đoán và sửa chữa rò rỉ của hệ thống nhiên liệu
• 5.2.6. Quy trình chẩn đoán và sửa chữa khi động cơ khó khởi động
• 5.2.7. Quy trình chẩn đoán và sửa chữa khi tốc độ động cơ bất thường sau khi khởi động
• 5.3. Xây dựng quy trình chẩn đoán và sửa chữa phần điện tử của hệ thống phun dầu điện tử trên xe Isuzu NQR 550
• 5.3.1. Một số mã lỗi liên quan đến các cảm biến
• 5.3.2. Một số mã lỗi liên quan đến hệ thống cung cấp nhiên liệu
• 5.3.3. Quy trình chẩn đoán và sửa chữa mã lỗi P0335
• 5.3.4. Quy trình chẩn đoán và sửa chữa mã lỗi P0219 ( Engine overspeed)
• 5.3.5. Quy trình chẩn đoán và sửa chữa mã lỗi P0088
• 5.3.6. Quy trình chẩn đoán và sửa chữa mã lỗi P0201
• 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 6.1. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Common Rail Tổng Quan Hệ Thống Phun Dầu Điện Tử Diesel

Hệ thống Common Rail đánh dấu một bước tiến vượt bậc trong công nghệ động cơ Diesel, mang lại hiệu suất cao hơn, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí thải độc hại. Hệ thống này khác biệt so với các hệ thống phun nhiên liệu Diesel truyền thống ở chỗ nó sử dụng một ống tích áp chung (Common Rail) để chứa nhiên liệu ở áp suất cao, thay vì tạo áp suất riêng lẻ cho mỗi lần phun. Áp suất cao này, thường từ 1600 đến hơn 2500 bar, cho phép phun nhiên liệu chính xác hơn, cải thiện quá trình đốt cháy và giảm lượng khí thải không mong muốn. ECM (Bộ điều khiển trung tâm) đóng vai trò then chốt trong việc điều khiển hệ thống, nó nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau để tối ưu hóa thời điểm phun, lượng phun và áp suất nhiên liệu dựa trên điều kiện vận hành của động cơ. Việc ứng dụng công nghệ điện tử vào điều khiển phun nhiên liệu cho phép tinh chỉnh quá trình đốt cháy, giảm tiếng ồn động cơ và cải thiện khả năng khởi động, đặc biệt là trong điều kiện thời tiết lạnh. Hệ thống Common Rail không chỉ là một cải tiến về mặt kỹ thuật mà còn là một giải pháp quan trọng để đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải ngày càng khắt khe trên toàn thế giới. Đồ án này tập trung khảo sát và mô phỏng hệ thống Common Rail trên động cơ Diesel, đặc biệt là trên xe ISUZU NQR 550, sử dụng phần mềm AVL BOOST để hiểu rõ hơn về hoạt động và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

1.1. Lịch Sử Phát Triển Hệ Thống Common Rail Diesel

Hệ thống Common Rail không phải là một phát minh mới, ý tưởng cơ bản đã có từ cuối thế kỷ 19. Tuy nhiên, việc hiện thực hóa ý tưởng này chỉ trở nên khả thi nhờ sự phát triển của công nghệ điện tử và các vật liệu chịu áp suất cao trong những năm 1990. Hãng Robert Bosch GmbH là một trong những đơn vị tiên phong trong việc phát triển và thương mại hóa hệ thống Common Rail cho xe hơi. Sự ra đời của hệ thống này đã đánh dấu một cuộc cách mạng trong công nghệ động cơ Diesel, cho phép động cơ hoạt động êm ái hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn và đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải Euro. Các thế hệ Common Rail tiếp theo liên tục được cải tiến với áp suất phun cao hơn, kim phun phản ứng nhanh hơn và khả năng điều khiển phun nhiều giai đoạn, giúp tối ưu hóa quá trình đốt cháy và giảm thiểu tiếng ồn cũng như lượng khí thải độc hại như NOx và PM.Theo đồ án, Hệ thống Common Rail đã có rất nhiều cải tiến về mẫu mã, kiểu dáng cũng như chất lượng phục vụ của xe, nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng, tiết kiệm nhiên liệu và giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường do khí thải.

1.2. Ưu Điểm Vượt Trội Của Công Nghệ Phun Dầu Common Rail

So với các hệ thống phun nhiên liệu Diesel truyền thống, Common Rail mang lại nhiều ưu điểm vượt trội. Đầu tiên, áp suất phun cao và ổn định cho phép nhiên liệu được phun tơi hơn, cải thiện quá trình trộn lẫn với không khí và đốt cháy hoàn toàn hơn. Thứ hai, khả năng điều khiển thời điểm phun và lượng phun một cách linh hoạt giúp tối ưu hóa quá trình đốt cháy ở mọi chế độ hoạt động của động cơ. Thứ ba, hệ thống Common Rail có thể thực hiện phun nhiều giai đoạn (pilot injection, main injection, post injection), giúp giảm tiếng ồn động cơ và giảm lượng NOx và PM trong khí thải. Cuối cùng, hệ thống Common Rail có độ bền cao và ít cần bảo trì hơn so với các hệ thống phun nhiên liệu Diesel truyền thống.Những ưu điểm này đã giúp công nghệ Common Rail trở thành tiêu chuẩn cho động cơ Diesel hiện đại, đáp ứng các yêu cầu khắt khe về hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu và khí thải.

II. Phân Tích Vấn Đề Thách Thức Với Hệ Thống Common Rail Diesel

Mặc dù có nhiều ưu điểm, hệ thống Common Rail cũng đối mặt với một số thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là yêu cầu về độ sạch của nhiên liệu. Các kim phun trong hệ thống Common Rail có độ chính xác cao và khe hở rất nhỏ, do đó, chỉ cần một lượng nhỏ tạp chất cũng có thể gây tắc nghẽn hoặc làm hỏng kim phun. Điều này đòi hỏi hệ thống lọc nhiên liệu phải hoạt động hiệu quả và nhiên liệu phải đạt tiêu chuẩn chất lượng cao. Một thách thức khác là áp suất cao trong hệ thống. Áp suất cao này đòi hỏi các thành phần của hệ thống, như bơm cao áp, ống dẫn nhiên liệu và kim phun, phải được chế tạo từ vật liệu có độ bền cao và có khả năng chịu áp suất tốt. Ngoài ra, việc điều khiển hệ thống Common Rail đòi hỏi ECM phải có khả năng xử lý tín hiệu nhanh chóng và chính xác để đảm bảo thời điểm phun và lượng phun được tối ưu hóa. Cuối cùng, việc bảo trì và sửa chữa hệ thống Common Rail đòi hỏi kỹ thuật viên phải có kiến thức chuyên môn sâu và trang thiết bị hiện đại.

2.1. Ảnh Hưởng Của Chất Lượng Nhiên Liệu Đến Tuổi Thọ Common Rail

Chất lượng nhiên liệu đóng vai trò then chốt đối với tuổi thọ và hiệu suất của hệ thống Common Rail. Nhiên liệu bẩn hoặc chứa tạp chất có thể gây tắc nghẽn kim phun, làm giảm hiệu suất phun và thậm chí làm hỏng kim phun. Ngoài ra, nước trong nhiên liệu có thể gây ăn mòn các thành phần của hệ thống, đặc biệt là bơm cao áp và kim phun. Việc sử dụng nhiên liệu không đúng tiêu chuẩn cũng có thể làm giảm tuổi thọ của các phớt và gioăng làm kín, gây rò rỉ nhiên liệu. Do đó, việc sử dụng nhiên liệu chất lượng cao và bảo trì hệ thống lọc nhiên liệu định kỳ là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống Common Rail hoạt động ổn định và bền bỉ.

2.2. Yêu Cầu Về Độ Chính Xác Của Cảm Biến và Bộ Điều Khiển ECM

Hệ thống Common Rail dựa vào các cảm biến và ECM để điều khiển thời điểm phun, lượng phun và áp suất nhiên liệu một cách chính xác. Bất kỳ sai sót nào trong tín hiệu từ cảm biến hoặc trong quá trình xử lý tín hiệu của ECM đều có thể dẫn đến hiệu suất động cơ kém, khí thải tăng hoặc thậm chí làm hỏng động cơ. Ví dụ, nếu cảm biến áp suất nhiên liệu bị lỗi, ECM có thể không điều chỉnh áp suất nhiên liệu một cách chính xác, dẫn đến phun quá nhiều hoặc quá ít nhiên liệu. Tương tự, nếu ECM bị lỗi, nó có thể gửi tín hiệu điều khiển sai đến kim phun, dẫn đến phun không đúng thời điểm hoặc lượng phun không chính xác. Do đó, việc kiểm tra và bảo trì các cảm biến và ECM định kỳ là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống Common Rail hoạt động chính xác.

III. Mô Phỏng AVL BOOST Giải Pháp Tối Ưu Hóa Common Rail Diesel

Phần mềm mô phỏng như AVL BOOST Hydsim là một công cụ mạnh mẽ để phân tích và tối ưu hóa hệ thống Common Rail. AVL BOOST cho phép kỹ sư mô phỏng hoạt động của hệ thống Common Rail trong các điều kiện vận hành khác nhau, từ đó xác định các vấn đề tiềm ẩn và tìm ra các giải pháp để cải thiện hiệu suất. Phần mềm này có thể mô phỏng các thành phần khác nhau của hệ thống Common Rail, bao gồm bơm cao áp, ống dẫn nhiên liệu, kim phun và ECM. Nó cũng có thể mô phỏng quá trình đốt cháy trong xi-lanh động cơ và tính toán lượng khí thải. Bằng cách sử dụng AVL BOOST, kỹ sư có thể thử nghiệm các thiết kế khác nhau của hệ thống Common Rail và tìm ra thiết kế tối ưu mà không cần phải chế tạo và thử nghiệm các nguyên mẫu vật lý. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí phát triển.

3.1. Xây Dựng Mô Hình Mô Phỏng Hệ Thống Common Rail trên AVL

Để xây dựng một mô hình mô phỏng hệ thống Common Rail trên AVL BOOST, kỹ sư cần phải có kiến thức sâu về hoạt động của hệ thống và các thông số kỹ thuật của các thành phần khác nhau. Đầu tiên, cần phải tạo ra một mô hình của bơm cao áp, bao gồm các thông số như lưu lượng bơm, áp suất bơm và hiệu suất bơm. Tiếp theo, cần phải tạo ra một mô hình của ống dẫn nhiên liệu, bao gồm các thông số như đường kính ống, chiều dài ống và độ nhám của ống. Sau đó, cần phải tạo ra một mô hình của kim phun, bao gồm các thông số như đường kính lỗ phun, áp suất mở kim và thời gian đóng mở kim. Cuối cùng, cần phải tạo ra một mô hình của ECM, bao gồm các thông số như thuật toán điều khiển phun, các thông số hiệu chỉnh và các giới hạn hoạt động. Sau khi tất cả các mô hình đã được tạo ra, chúng cần được kết nối với nhau để tạo thành một mô hình hoàn chỉnh của hệ thống Common Rail. Sau đó, mô hình có thể được sử dụng để mô phỏng hoạt động của hệ thống trong các điều kiện vận hành khác nhau.

3.2. Phân Tích Kết Quả Mô Phỏng và Tối Ưu Hóa Thiết Kế

Sau khi mô hình đã được xây dựng và mô phỏng, kỹ sư cần phải phân tích kết quả mô phỏng để đánh giá hiệu suất của hệ thống Common Rail. Kết quả mô phỏng có thể được sử dụng để xác định các vấn đề tiềm ẩn trong hệ thống, chẳng hạn như áp suất nhiên liệu không ổn định, thời điểm phun không chính xác hoặc lượng phun không tối ưu. Sau khi các vấn đề đã được xác định, kỹ sư có thể sử dụng AVL BOOST để thử nghiệm các giải pháp khác nhau để cải thiện hiệu suất của hệ thống. Ví dụ, có thể thay đổi đường kính lỗ phun của kim phun, điều chỉnh thuật toán điều khiển phun của ECM hoặc thay đổi các thông số của bơm cao áp. Sau khi đã tìm ra một giải pháp cải thiện hiệu suất của hệ thống, kỹ sư có thể sử dụng AVL BOOST để mô phỏng lại hệ thống với các thông số mới và đánh giá hiệu quả của giải pháp. Quá trình này có thể được lặp lại nhiều lần cho đến khi tìm ra thiết kế tối ưu của hệ thống Common Rail.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Khảo Sát Mô Phỏng Trên Động Cơ Diesel

Việc khảo sát và mô phỏng hệ thống Common Rail trên động cơ Diesel thực tế mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Nó cho phép kỹ sư kiểm chứng các kết quả mô phỏng và xác định xem mô hình có phản ánh chính xác hoạt động của hệ thống thực tế hay không. Việc này có thể được thực hiện bằng cách thu thập dữ liệu từ động cơ Diesel thực tế và so sánh dữ liệu này với kết quả mô phỏng. Nếu có sự khác biệt đáng kể giữa dữ liệu thực tế và kết quả mô phỏng, mô hình cần được điều chỉnh để phản ánh chính xác hơn hoạt động của hệ thống thực tế. Sau khi mô hình đã được kiểm chứng, nó có thể được sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống Common Rail trên động cơ Diesel thực tế. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng AVL BOOST để thử nghiệm các thiết kế khác nhau của hệ thống và tìm ra thiết kế tối ưu cho động cơ cụ thể.

4.1. Quy Trình Thu Thập Dữ Liệu Thực Nghiệm và Phân Tích

Quy trình thu thập dữ liệu thực nghiệm và phân tích bao gồm các bước sau: (1) Xác định các thông số cần đo, chẳng hạn như áp suất nhiên liệu, thời điểm phun, lượng phun, tốc độ động cơ và tải trọng động cơ. (2) Lắp đặt các cảm biến để đo các thông số này. (3) Thu thập dữ liệu trong các điều kiện vận hành khác nhau của động cơ. (4) Xử lý dữ liệu để loại bỏ nhiễu và tính toán các thông số quan trọng. (5) So sánh dữ liệu thực nghiệm với kết quả mô phỏng. Việc phân tích dữ liệu thực nghiệm có thể giúp xác định các vấn đề tiềm ẩn trong hệ thống Common Rail, chẳng hạn như áp suất nhiên liệu không ổn định, thời điểm phun không chính xác hoặc lượng phun không tối ưu. Nó cũng có thể giúp kiểm chứng các kết quả mô phỏng và điều chỉnh mô hình để phản ánh chính xác hơn hoạt động của hệ thống thực tế.

4.2. So Sánh Đối Chiếu Kết Quả Mô Phỏng Với Dữ Liệu Thực Tế

Việc so sánh và đối chiếu kết quả mô phỏng với dữ liệu thực tế là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác của mô hình. Nếu có sự khác biệt đáng kể giữa kết quả mô phỏng và dữ liệu thực tế, mô hình cần được điều chỉnh để phản ánh chính xác hơn hoạt động của hệ thống thực tế. Các yếu tố có thể gây ra sự khác biệt giữa kết quả mô phỏng và dữ liệu thực tế bao gồm: (1) Sai số trong mô hình, chẳng hạn như các thông số không chính xác hoặc các giả định đơn giản hóa. (2) Sai số trong quá trình đo lường, chẳng hạn như cảm biến không chính xác hoặc nhiễu trong tín hiệu. (3) Các yếu tố bên ngoài, chẳng hạn như nhiệt độ môi trường hoặc độ ẩm không khí. Bằng cách phân tích các yếu tố này và điều chỉnh mô hình, kỹ sư có thể cải thiện tính chính xác của mô hình và sử dụng nó để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống Common Rail.

V. Kết Luận Triển Vọng Hướng Phát Triển Hệ Thống Common Rail

Hệ thống Common Rail đã chứng minh được vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và giảm khí thải của động cơ Diesel. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều tiềm năng để cải thiện hơn nữa hệ thống này. Các hướng phát triển tiềm năng bao gồm: (1) Tăng áp suất phun để cải thiện quá trình đốt cháy và giảm khí thải. (2) Phát triển các kim phun phản ứng nhanh hơn và chính xác hơn. (3) Sử dụng các vật liệu mới để chế tạo các thành phần của hệ thống, giúp tăng độ bền và giảm trọng lượng. (4) Phát triển các thuật toán điều khiển phun tiên tiến hơn để tối ưu hóa quá trình đốt cháy ở mọi chế độ hoạt động của động cơ. (5) Tích hợp hệ thống Common Rail với các công nghệ khác, chẳng hạn như hệ thống phục hồi năng lượng tái tạo, để cải thiện hiệu suất tổng thể của động cơ.

5.1. Tiềm Năng Phát Triển Công Nghệ Phun Nhiên Liệu Tương Lai

Công nghệ phun nhiên liệu đang tiếp tục phát triển với tốc độ nhanh chóng. Các xu hướng tiềm năng trong tương lai bao gồm: (1) Phát triển các hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp cho động cơ xăng, giúp cải thiện hiệu suất và giảm khí thải. (2) Sử dụng nhiên liệu thay thế, chẳng hạn như nhiên liệu sinh học hoặc hydro, để giảm lượng khí thải carbon. (3) Phát triển các hệ thống phun nhiên liệu thông minh, có thể tự điều chỉnh để đáp ứng các điều kiện vận hành khác nhau. (4) Sử dụng công nghệ nano để chế tạo các kim phun nhỏ hơn và chính xác hơn. Những tiến bộ này hứa hẹn sẽ mang lại những động cơ sạch hơn, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường hơn.

5.2. Ứng Dụng Hệ Thống Common Rail Trong Các Lĩnh Vực Khác

Mặc dù ban đầu được phát triển cho động cơ Diesel, hệ thống Common Rail có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực khác. Ví dụ, nó có thể được sử dụng trong động cơ xăng để cải thiện hiệu suất và giảm khí thải. Nó cũng có thể được sử dụng trong các hệ thống phun chất lỏng khác, chẳng hạn như hệ thống phun sơn hoặc hệ thống phun hóa chất. Ngoài ra, công nghệ Common Rail có thể được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp, chẳng hạn như máy phát điện hoặc máy bơm nước. Bằng cách tận dụng các ưu điểm của hệ thống Common Rail, các ứng dụng này có thể trở nên hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường hơn. Trong lĩnh vực ô tô, hệ thống Common Rail còn được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống hybrid và xe điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu đề tài. - Chương 2: Tổng quan về hệ thống nhiên liệu Common Rail trên xe ISUZU NQR 550. - Chương 3: Tính toán các yêu cầu kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên liệu của xe ISUZU NQR 550. - Chương 4: Mô phỏng hệ thống phun nhiên liệu Common Rail.

- Chương 5: Xây dựng quy trình chẩn đoán và sửa chữa hệ thống nhiên liệu trên xe ISUZU NQR 550. - Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. 3 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL TRÊN XE ISUZU NQR 550 2.1 Giới thiệu về xe Isuzu NQR 550 Xe tải ISUZU NQR 550 được thừa hưởng những thiết kế và ưu điểm vượt trội của dòng xe tải N-Series với động cơ Isuzu D-Core mới nhất áp dụng công nghệ Blue Power ứng dụng cho động cơ trên xe tải Isuzu thế hệ mới sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội. Với sự cải tiến này, giúp tối ưu hiệu suất hoạt động cho xe, giảm tiếng ồn đồng thời hạn chế tối đa các chất độc hại trong khí xả.

Isuzu NQR 550 sử dụng động cơ 4HK1 công suất 114 KW phun dầu điện tử tích hợp công nghệ Blue Power thân thiện với môi trường hơn nhờ kỹ thuật tuần hoàn khí xả EGR cải tiến và bộ xúc tác khí xả DOC. Khi dùng nhiên liệu tương thích, động cơ Euro 4 sẽ giảm thiểu lượng bụi than đến 97% và khí thải NOx và HC giảm 71% so với động cơ Euro 2. Xe tải Isuzu NQR 550 Xe tải Isuzu 5,5 tấn sử dụng hộp số MYY6S 6 cấp tỷ số truyền lớn giúp tối đa hiệu suất động cơ cho khả năng vận hành ổn định ở mọi cấp số.1 Những thông số cơ bản của xe Bảng 2. Thông số cơ bản của xe Isuzu NQR 550 Khối lượng bản thân 3500 Kg Dung tích bình nhiên liệu 100 L Kích thước tổng thể ( D x R x C) 5600 x 2135 x 2050 mm Chiều dài cơ sở 4175 mm Khoảng sáng gầm xe 225 mm Tang trống, phanh dầu mạch kép trợ Hệ thống phanh lực chân không Phụ thuộc, nhíp lá và giảm chấn thủy Hệ thống treo lực Kích thước lốp 8.25- 16 14PR Tốc độ tối đa 90 Km/h Bán kính vòng quay tối thiểu 8m 2.2 Những thông số kỹ thuật của động cơ 4HK1 Bảng 2.

Thông số kỹ thuật của động cơ 4HK1 Tên động cơ 4HK1 Loại động cơ Diesel, 4 xylanh thẳng hàng Tiêu chuẩn khí thải EURO 4 Thứ tự nổ 1- 3- 4- 2 Dung tích xylanh 5193 cc Đường kính và hành trình piston 115 x 125 mm Tỷ số nén 18.5:1 Công suất cực đại 114 KW/ 2600 vòng/phút 5 Mô-men cực đại 404Nm/ 1500-2600 vòng/phút Tốc độ cầm chừng 600±25 vòng/phút Hệ thống nhiên liệu Common Rail Bơm cao áp DENSO HP3 Góc mở sớm xupap nạp 19˚ Góc đóng muộn xupap nạp 53˚ Góc mở sớm xupap thải 48˚ Góc đóng muộn xupap thải 14˚ Bộ phận làm mát Động cơ làm mát bằng nước 2.2 Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu động cơ 4HK1 2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 4HK1 Hình 2. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 4HK1 1. Thùng nhiên liệu 2. Cảm biến áp suất ống Rail 8.

Van an toàn áp suất 9. Đường nhiên liệu cao áp 10,11. Đường dầu hồi 6 Hệ thống có cấu tạo gồm 2 phần: - Hệ thống cung cấp nhiên liệu: gồm thùng nhiên liệu, lọc nhiên liệu, bơm cao áp, ống phân phối, kim phun, các đường ống cao áp. Hệ thống cung cấp nhiên liệu có công dụng hút nhiên liệu từ thùng chứa sau đó nén nhiên liệu lên áp suất cao và chờ tín hiệu điều khiển từ ECM sẽ phun nhiên liệu vào buồng đốt.

- Hệ thống điều khiển điện tử: gồm bộ xử lý trung tâm ECM, bộ khuếch đại điện áp để mở kim phun, các cảm biến đầu vào và bộ chấp hành. ECM thu thập các tín hiệu từ nhiều cảm biến khác nhau để nhận biết tình trạng hoạt động của động cơ, sau đó tính toán lượng phun, thời điểm phun nhiên liệu gửi tín điều khiển mở kim phun. Ngoài ra hệ thống điều khiển điện tử còn tính toán và điều khiển áp suất nhiên liệu và tuần hoàn khí xả.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu động cơ 4HK1 - Vùng nhiên liệu áp suất thấp: Bơm tiếp vận (nằm trong bơm cao áp) hút nhiên liệu từ thùng chứa  qua lọc nhiên liệu để lọc sạch cặn bẩn và tách nước và đưa đến van điều khiển hút (SCV) lắp trên bơm cao áp. - Vùng nhiên liệu áp suất cao: nhiên liệu từ van điều khiển hút (SCV) được đưa vào buồng bơm, tại đây nhiên liệu sẽ được bơm cao áp nén lên áp suất cao và thoát ra đường ống dẫn cao áp đi đến ống phân phối và từ ống phân phối đi đến các kim phun chờ sẵn.

Áp suất nhiên liệu sẽ được quyết định bởi tính toán của ECM tùy theo chế độ làm việc của động cơ thông qua các tín hiệu cảm biến gửi về. ECM sẽ điều khiển mức độ đóng mở của van SCV để điều khiển áp suất hệ thống. - Điều khiển phun nhiên liệu: ECM tính toán thời điểm và lượng nhiên liệu phun ra tối ưu cho từng chế độ làm việc cụ thể của động cơ dựa vào tín hiệu từ cảm biến gửi về. Sau đó ECU sẽ khuếch đại điện áp từ 12V  85V cấp đến kim phun để mở kim phun  nhiên liệu có áp suất cao đang chờ sẵn trong ống phân phối sẽ phun vào buồng đốt khi kim mở và dứt phun khi ECM ngừng cấp điện cho kim phun.

Thời điểm bắt đầu phun được quyết định bởi thời điểm ECM phát tín hiệu phun, lượng nhiên liệu phun ra được quyết định bởi độ dài thời gian phát tín hiệu phun của ECM. 7 Tín hiệu yêu cầu phun phát ra càng sớm thời điểm phun càng sớm và ngược lại, tín hiệu yêu cầu phun phát ra càng dài lượng nhiên liệu phun ra càng nhiều và ngược lại.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các chi tiết chính trên hệ thống 2.1 Bơm cao áp HP3 - Công dụng: lấy nhiên liệu áp suất thấp từ bình chứa nhiên liệu để bơm áp suất cao đến ống tích trữ và điều áp nhiên liệu để đưa tới kim phun. - Cấu tạo: + Bơm tiếp vận chủ yếu bao gồm: thân bơm (cam lệch tâm, vành cam và piston bơm), SCV (Van điều khiển hút), cảm biến nhiệt độ nhiên liệu và bơm tiếp vận nhiên liệu. + Hai piston bơm được bố trí đối diện nhau qua vành cam lệch tâm, piston chuyển động tịnh tiến được là nhờ cam lệch tâm quay.

Bơm cao áp HP3 + Động cơ điều khiển bơm cao áp HP3 theo tỷ lệ 1:2. Bơm cao áp có bơm tiếp vận nhiên liệu và lấy nhiên liệu từ thùng nhiên liệu, gửi nó đến buồng piston bơm. + Trục cam bên trong dẫn động hai piston, và chúng tạo áp lực cho nhiên liệu được gửi đến buồng piston và gửi nó đến ống rail. Lượng nhiên liệu cung cấp cho ống rail được điều khiển bởi SCV, sử dụng tín hiệu từ ECM động cơ.

SCV là loại thường mở. 8 + Áp lực do bơm HP3 tạo ra lên đến 180MPa.5 thể hiện cấu tạo của bơm cao áp HP3. Bên trong bơm cao áp nhiên liệu được nén bằng 2 piston bơm được bố trí đối xứng. Do 2 bơm piston hoạt động luân phiên trong một vòng quay tạo được áp suất cao và liên tục nhiên liệu đến ống phân phối và cách đặt bơm như vậy chỉ làm tăng nhẹ lực cản của bơm.

Do đó ứng suất trong hệ thống dẫn động vẫn giữ đồng bộ. Điều này có nghĩa hệ thống Common Rail đặt ít tải trọng lên hệ thống truyền động hơn so với hệ thống cũ. Công suất yêu cầu để dẫn động bơm rất nhỏ và tỉ lệ với áp suất trong đường ống phân phối và tốc độ bơm. Cấu tạo bơm cao áp HP3 1.

Trục dẫn động bơm 2. Cam lệch tâm 3. Đường nhiên liệu vào bơm 5. Đường ống đến ống rail 7.

Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 10. Đầu ra của nhiên liệu ở piston dưới. Bơm tiếp vận đưa nhiên liệu từ bình chứa qua bộ lọc đến đường dầu vào bơm cao áp được lắp trực tiếp trên bơm. Nó đẩy nhiên liệu qua van SCV đến hai piston của bơm cao áp, cùng trục với bơm cao áp.

Nhiên liệu được đưa vào hai piston bơm cao áp ít hay nhiều phụ thuộc vào van SCV dưới sự điều khiển của ECM. Nhiên liệu dư của bơm tiếp vận đi qua van và theo đường dầu hồi trở về bình chứa. 9 - Nguyên lý làm việc: Hình 2. Sơ đồ hoạt động của bơm cao áp HP3 1.

Thùng nhiên liệu; 2. Van điều chỉnh; 5. Lò xo hồi của van SCV; 7. Van xả bơm piston 10.

Làm mát nhiên liệu 13. Trục dẫn động bơm cao áp. Sơ đồ hoạt động của bơm cao áp được biểu diễn trên hình 3. Trục của bơm cao áp có các cam lệch tâm làm di chuyển 2 piston lên xuống tùy theo hình dạng các vấu cam làm cho 2 piston hút nén đối xứng nhau.

Van nạp mở ra nhiên liệu từ bơm tiếp vận qua van SCV được hút vào bơm piston của bơm cao áp tại đây nhiên liệu được nén dưới áp suất cao khi piston lên tới điểm chết trên, áp suất nhiên liệu thắng lực lò xo của van nén, nhiên liệu thoát ra ngoài đến ống phân phối. Piston tiếp tục phân phối cho đến khi nó đi đến điểm chết trên (ĐCT), sau đó do áp suất bị giảm xuống nên van nén đóng lại. Khi áp suất trong buồng bơm của thành phần bơm giảm xuống thì van nạp mở ra và quá trình lặp lại lần nữa. Trên cơ sở cấu tạo của bơm cao áp HP3, ta tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý làm việc của các chi tiết trong bơm cao áp gồm: bơm piston, bơm tiếp vận, van SCV, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu.1 Bơm cao áp loại 2 piston - Công dụng: đưa nhiên liệu áp suất cao đến ống Rail - Cấu tạo: Hình 2.

Cấu tạo bơm cao áp HP3 ( mặt cắt thể hiện bơm cao áp 2 piston) 1. Đường dầu hồi 2. Vành cam 5- Cam lệch tâm 6. - Nguyên lý làm việc: Được thể hiện qua hình 3.7 Bơm gồm hai piston 2,7 đặt đối xứng nhau , hai piston này được đẩy lên nhờ cam lệch tâm 5 và vành cam 6, hành trình đi xuống của piston nhờ lò xo.

Khi Piston 2 đi xuống nhờ lực đẩy của lò xo 1, van 4 đóng lại, van 3 mở ra nhờ độ chân không phía trên piston nhiên liệu được nạp vào không gian này cho đến khi piston nằm ở vị trí thấp nhất.