CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ DIESEL Giới thiệu: Trong chương này sẽ cung cấp những kiến thức về hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel trên ô tô có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu từ thùng chứa đến kim phun của động cơ để phun vào buồng đốt. Hiện nay ô tô thường sử dụng hệ thống nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp VE, PE. Mục tiêu: - Trình bày được tổng quan về hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel - Xác định được tên gọi các bộ phận trên hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel - Mô tả được cách bố trí các chi tiết trên hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel - Tích cực thực hiện các bài thực tập để phát triển kỹ năng.
- Ứng dụng các kiến thức vào thực tế. Nội dung chính: 1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung hệ thống Diesel 1.1 Sơ đồ cấu tạo Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo động cơ Diesel bốn kỳ QLĐT-BM13-QT31 15 1.2 Nguyên lý làm việc Hình 1. 2: Sơ đồ cấu tạo động cơ diesel bốn kỳ 1 - Hút không khí 2 - Nén 3 - Giãn nở, sinh công 4 - Xả ⮚ Kỳ nạp (kỳ hút): Piston chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới. Xupap hút mở, xupap xả đóng.
Do piston chuyển động xuống dưới, thể tích trong xylanh tăng, áp suất trong xylanh giảm. Không khí qua bầu lọc theo đường ống hút qua xupap hút điền đầy vào xylanh của động cơ. Khi piston đến điểm chết dưới, xupap hút đóng lại kết thúc quá trình hút. Trục khuỷu quay được nửa vòng quay thứ nhất (từ 00 – 1800).
Cuối kỳ hút áp suất và nhiệt độ trong xylanh vào khoảng: P = (0,8– 0,95) kG/cm2 t0 = (40 – 80)0C ⮚ Kỳ nén: Piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, lúc này cả hai xupap hút và xupap xả đều đóng kín. Thể tích trong xylanh giảm, áp suất tăng làm cho không khí ở phía trên piston bị nén. Cuối kỳ nén, áp suất và nhiệt độ trong buồng cháy tăng lên rất cao vào khoảng: P = (35– 55) kG/cm2 QLĐT-BM13-QT31 16 t0 = (450 – 650)0C Kỳ này ứng với góc quay của trục khuỷu ở nửa vòng quay thứ hai (1800 – 3600). ⮚ Kỳ nổ (cháy – giãn nở - sinh công): Trong hành trình này của piston, cả hai xupap hút và xupap xả đều đóng kín.
Cuối kỳ nén, khi piston tới gần điểm chết trên, dầu Diesel từ vòi phun được phun vào buồng cháy với áp suất cao vào khoảng (160 – 210)kG/cm2 dưới dạng sương mù và hoà trộn với không khí nén tạo thành hỗn hợp cháy. Khi gặp nhiệt độ và áp suất cao, hỗn hợp nhiên liệu tự bốc cháy sinh ra lực đẩy piston đi xuống điểm chết dưới. Áp suất và nhiệt độ trong buồng đốt vào khoảng: P = (70– 100) kG/cm2 t0 = (1600 – 2000)0C Hỗn hợp khí cháy sinh ra áp lực đẩy piston chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới qua thanh truyền làm quay trục khuỷu. Piston chuyển động xuống điểm chết dưới kết thúc kỳ nổ, áp suất và nhiệt độ giảm xuống vào khoảng: P = (2– 4) kG/cm2 t0 = (800 – 1000)0C Trục khuỷu quay được nửa vòng quay thứ ba (3600 – 5400).
⮚ Kỳ xả: Ở cuối kỳ nổ, piston tại điểm chết dưới, xupap xả mở và xupap hút đóng. Piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, khí cháy cháy được đẩy ra ngoài qua xupap xả và đường ống xả ra khí trời. Khi piston tới điểm chết trên kết thúc kỳ xả, xupap xả đóng lại. Cuối kỳ xả, áp suất và nhiệt độ vào khoảng: P = (1,1– 1,2) kG/cm2 t0 = (600 – 700)0C Trục khuỷu quay được nửa vòng quay thứ tư (540 – 720)0.
Chu trình làm việc của động cơ được lặp lại từ đầu.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ Diesel 1.1 Công dụng và phân loại • Công dụng: - Cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết cho động cơ, tùy theo chế độ làm việc. QLĐT-BM13-QT31 17 • Phân loại: - Theo phương pháp điều khiển: phun dầu điều khiển bằng cơ khí, phun dầu điều khiển bằng điện tử. - Theo phương pháp điều khiển bằng cơ khí: bơm cao áp PF, bơm cao áp PE, bơm cao áp VE.2 Sơ đồ hệ thống Hình 1. 3: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ diesel 1.
Lọc thứ cấp 5. Đường dầu cao áp 7. Đường dầu hồi 9,14. Ốc xả gió 10.
Bơm tay - Khi động cơ làm việc, bơm tiếp vận hút nhiên liệu từ thùng chứa qua lọc thô và đẩy nhiên liệu đến lọc tinh rồi đến bơm cao áp. Tại bơm cao áp sẽ có một van an toàn để giới hạn áp lực nhiên liệu vào bơm cao áp. Bơm cao áp có số tổ bơm tương ứng với số xylanh động cơ, nhiên liệu vào bơm cao áp được nén tạo áp lực cao qua đường ống cao áp đến kim phun của xylanh đúng thứ tự thì nổ của động cơ. Nhiên liệu sẽ được phun vào buồng đốt đúng thời điểm, lượng nhiên liệu dư sẽ hồi về thùng chứa.
- Trong tất cả các đường ống nhiên liệu đều không được lẫn gió, vì gió nén được nên sẽ làm thời điểm phun nhiên liệu sai đi và làm cho quá trình cháy không ổn định. Vì thế, trên các lọc bơm cao áp và kim phun đều có trang bị các ốc hoặc nút xả gió. QLĐT-BM13-QT31 18 1.3 Các phần tử trong hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ Diesel 1.1 Thùng chứa Thùng chứa dùng để chứa nhiên liệu, dung tích thùng lớn hay nhỏ phụ thuộc vào thời gian làm việc và cỡ máy. Thùng được dập bằng thép tấm, bên trong có các vách ngăn để tránh nhiên liệu bị dao động nhiều.
Ở nắp đậy có lỗ thông hơi, có một lọc thô ở miệng thùng, ở đáy thùng có ốc xả nước hoặc dầu dơ. Nếu thùng chứa đặt cao hơn động cơ phải có khoá (khoá dầu) để khoá lại khi cần thiết. Nếu thùng chứa đặt thấp hơn thì không cần khoá nhưng phải có van một chiều trước lọc thô, ngăn không cho nhiên liệu về thùng chứa khi tắt máy.2 Lọc dầu Bơm cao áp và kim phun là 2 bộ phận có độ chính xác cao và đắt tiền, do đó nhiên liệu phải được lọc thật sạch trước khi đưa tới 2 bộ phận ấy. Một hệ thống lọc gồm 2 hoặc 3 tầng: tầng lọc thứ nhất gọi là tầng lọc sơ cấp hay lọc thô, tầng lọc này được đặt phía trước bơm tiếp vận.
Tầng lọc thứ hai là lọc thứ cấp hoặc lọc tinh, tầng lọc này nằm phía sau bơm tiếp vận và trước bơm cao áp. • Lọc thô Lọc sơ cấp có nhiệm vụ lọc những tạp chất có kích thước lớn, thường được gắn chung với bơm tiếp vận. • Lọc tinh Lọc thứ cấp có nhiệm vụ lọc những tạp chất có kích thước khoảng 1/1000mm mà không cản trở đến sự lưu thông của nhiên liệu. Trên nắp lọc tinh thường có ốc xả gió hoặc bơm tay (bơm mồi), bên dưới có hệ thống báo có nước trong lọc tinh và có ốc xả.3 Bơm tiếp vận và bơm chuyển Trong hệ thống nhiên liệu thường có 2 bơm để hút nhiên liệu từ thùng chứa đến bơm cao áp, đó là bơm tiếp vận và bơm chuyển.
- Bơm chuyển có nhiệm vụ chính là chuyển nhiên liệu từ thùng chứa tới bơm tiếp vận. Ngoài ra nó là bộ phận dùng để xả gió cho hệ thống nhiên liệu. Bơm này có thể là bơm điện, hoặc bơm cơ khí. QLĐT-BM13-QT31 19 - Bơm tiếp vận có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ thùng chứa tới bơm cao áp, cho dù vị trí thùng chứa đặt cao hay thấp hơn bơm cao áp.
Nếu thùng chứa đặt cao hơn bơm cao áp thì không cần bơm chuyển, ngược lại nếu thùng chứa đặt thấp hơn thì phải có bơm chuyển hoặc trang bị một van một chiều. Bơm tiếp vận thường lắp đặt nơi thân bơm cao áp và được điều khiển bởi trục bơm cao áp. Tuy phân biệt hai nhiệm vụ khác nhau nhưng chúng đều có cùng cấu tạo và nguyên lý làm việc. - Bơm piston: bơm thường được điều khiển bằng trục cam hoặc trục bơm cao áp.
Lưu lượng bơm thì tùy thuộc vào yêu cầu hoạt động của động cơ và bất cứ ở vận tốc nào thì bơm cũng cung cấp thừa so với yêu cầu, lượng dầu dư được hồi về nơi xylanh bơm và lúc này piston sẽ không thực hiện hết khoảng chạy của nó. Cấu tạo: Hình 1. 4: Bơm tiếp vận kiểu piston A–Thoát B – Hút 1. Cam lệch tâm Hoạt động: Khi cam đội qua trung gian cây đẩy, piston di chuyển xuống hút nhiên liệu vào xylanh bơm qua van hút, nhiên liệu được chứa trong piston bơm, khi cam không còn đội nữa, lò xo hoàn lực đẩy piston đi lên, van hút đóng lại, van thoát mở ra, nhiên liệu được đẩy đến bơm cao áp.
Lúc động cơ chạy chậm, tiêu thụ ít nhiên liệu, áp lực mạch thoát tăng lên ứ trong buồng chứa, làm cho piston giữ lò xo không bung ra hết, piston không đụng cây đẩy dù QLĐT-BM13-QT31 20 cam đội, vì vậy piston không di chuyển hết khoảng chạy dẫn đến lưu lượng bơm cũng giảm theo. Như vậy, lưu lượng nhiên liệu tăng hay giảm tùy thuộc vào tốc độ động cơ. 5: Lọc dầu có bơm tay 1. Cảm biến mực nước 5.
Lọc nhiên liệu Nếu thùng chứa hết nhiên liệu (dầu) hay khi thay lọc, hay kim phun…v.v, khí, nước có thể lọt vào trong hệ thống nhiên liệu. Nếu có khí, nuớc trong hệ thống nhiên liệu, bơm tiếp vận hay bơm cao áp không thể phân phối nhiên liệu khi khởi động động cơ, nên động cơ sẽ không hoạt động được. Vì vậy, trong trường hợp này phải sử dụng một bơm tay để xả khí (gió), nước ra khỏi hệ thống nhiên liệu trước khi khởi động động cơ. Khi bơm tay hoạt động, gió trong lọc nhiên liệu hay bơm cao áp sẽ được đẩy qua đường dầu hồi cùng với nhiên liệu và trở về thùng chứa.
Câu hỏi ôn tập 1. Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung hệ thống Diesel? 2. Trình bày sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ Diesel? 3. Trình bày các phần tử trong hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ Diesel? QLĐT-BM13-QT31 21 CHƯƠNG 2.
KIM PHUN ĐỘNG CƠ DIESEL Giới thiệu: Kim phun được lắp trên nắp máy động cơ. Có nhiệm vụ phun nhiên liệu vào buồng cháy động cơ dưới dạng tơi sương và đúng thời điểm quy định. Có rất nhiều loại kim phun khác nhau, nhưng trên ô tô thường sử dụng 2 loại kim phun là: kim phun đót kín lỗ tia kín và kim phun đót kín lỗ tia hở. Mục tiêu: - Phát biểu đúng công dụng, phân loại và yêu cầu làm việc của kim phun động cơ Diesel.