CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL TRÊN Ô TÔ 1. Khái quát chung về hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 1. Sơ lược lịch sử phát triển động cơ diesel 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 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.
Các biện pháp chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề: - Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ P.M do tăng tốc 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 Hidrocacbon. - Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả (ERG: Exhaust Gas Recirculation).
Hiện nay, các nhược điểm của HTNL 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. Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail. Tổng quan về hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel 1.
Nhiệm vụ - Dự trữ nhiên liệu: Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định mà không cần cấp thêm nhiên liệu vào, lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu, giúp nhiên liệu luân chuyển dễ dàng trong hệ thống. - Cung cấp nhiên liệu cho động cơ: Đảm bảo tốt các yêu cầu sau. + Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với chế độ làm việc của động cơ. + Phun nhiên liệu vào đúng xylanh thời điểm, đúng quy luật.
+ Đối với động cơ nhiều xylanh thì lượng nhiên liêu phun vào các xylanh phải đồng đều trong một chu trình công tác. - Các tia nhiên liệu phun vào xylanh 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, 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 cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel phải thoả mãn các yêu cầu sau: - Hoạt động ổn định, có độ tin cậy và tuổi thọ cao. - Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sữa chữa.
- Dễ chế tạo, giá thành hạ. Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail. Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common rail 1. Cấu tạo Hình 1.1 Cấu tạo hệ thống Common rail 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. Ống phân phối; 8. Van an toàn; 9. Các cảm biến nối với ECU; 11.
Đường dầu hồi Hệ thống Common Rail về cơ bản bao gồm các thành phần sau: - Vòi phun điều khiển bằng van điện từ (solenoid) được gắn vào nắp máy. - Ống tích trữ nhiên liệu (ống phân phối áp lực cao). - Bơm cao áp (bơm tạo áp suất cao) Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 11 Các thiết bị sau cũng cần cho sự hoạt động điều khiển của hệ thống : - ECU - Cảm biến tốc độ trục khuỷu - Cảm biến tốc độ trục cam. - Cảm biến bàn đạp ga.
So với hệ thống cũ dẫn động bằng trục cam thì hệ thống nhiên liệu Common Rail khá linh hoạt trong việc đáp ứng thích nghi để điều khiển phun nhiên liệu cho động cơ diesel như: - Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch, khách,tải nhẹ, tải nặng, xe lửa và tàu thủy). - Áp suất phun đạt đến 1350 bar. - Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động của động cơ. - Có thể thay đổi thời điểm phun.
Nguyên lý Nhiên liệu có áp suất cao được bơm vào ống phân phối để từ đó cung cấp cho các vòi phun. Nhiên liệu từ thùng chứa được bơm qua bơm điện và đi vào bộ lọc qua bơm chuyển qua van điều áp vào bơm cao áp nhiên liệu áp suất cao được bơm vào ống dự trữ qua van điều chỉnh áp suất. Tại đường ống phân phối sẽ có các đường ống cao áp nối tới vòi phun để phun nhiên liệu vào buồng đốt động cơ và quá trình phun nhiên liệu được điều khiển bởi ECU. ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến (cảm biến tốc độ, cảm biến vị trí trục cam, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến áp suất…) sau khi xử lý các tín hiệu đầu vào này ECU sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển vòi phun.
Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 12 Vòi phun được nối với ống tích nhiên liệu áp suất cao (rail) bằng một đường ống ngắn. Kết hợp với đầu phun và van điện từ được cung cấp điện qua ECU. Khi van solenoid không được cấp điện thì vòi ngừng phun. Nhờ áp suất phun không đổi, lượng nhiên liệu phun ra sẽ tỷ lệ với độ dài của xung điều khiển solenoid.
Yêu cầu mở nhanh solenoid được đáp ứng bằng việc sử dụng điện áp cao và dòng lớn. Thời điểm phun được điều khiển bằng hệ thống điều khiển góc phun sớm. Hệ thống này dùng một cảm biến trên trục khuỷu để nhận biết tốc độ động cơ, và một cảm biến trên trục cam để nhận biết kỳ hoạt động. Lợi ích của vòi phun common rail là làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu được phun ra với áp suất rất cao đồng thời kết hợp hệ thống điều khiển điện tử để kiểm soát lượng phun, thời điểm phun một cách chính xác.
Do đó làm hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn. Phun nhiên liệu chia làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun chính và phun kết thúc. Các giai đoạn phun sơ khởi làm giảm thời gian cháy trễ và phun thứ cấp tạo cho quá trình cháy hoàn thiện. Với phương pháp này áp suất phun lên đến 1350 bar có thể thực hiện ở mọi thời điểm ngay cả lúc động cơ đang ở tốc độ thấp.
Qua đây ta thấy hệ thống nhiên liệu common rail có những ưu điểm sau: - Tiêu hao nhiên liệu thấp. - Phát thải ô nhiễm thấp. - 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.
Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 13 CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ 2KD-FTV TRÊN XE TOYOTA HIACE 2. Giới thiệu về xe Toyota Hiace. 1 Xe Toyota Hiace 2014 Thông số kĩ thuật Ký hiệu Giá trị Đơn vị Kích thước tổng thể DxRxC 5380 x 1880 x 2285 mm Kích Chiều dài cơ sở D 3110 mm thước Khoảng sáng gầm xe 185 mm Động cơ 2KD-FTV Hộp số Số sàn 5 cấp Động Nhiên liệu Diesel cơ/ hộp Dung tích xi lanh 2494 cc số Công suất cực đại ps/rpm 75/3600 ps/rpm Mô men xoắn cực đại Kgm/rpm 260/1600-2600 Truyền động Dẫn động cầu sau Hệ Phanh trước Phanh đĩa thống Phanh sau Phanh tang trống Phanh Hệ thống treo trước Độc lập, tay đòn kép –Treo - Hệ thống treo sau Phụ thuộc, nhíp lá Lái Trợ lực lái Thủy lực Bảng 2.
1 Thông số kỹ thuật xe Toyota Hiace 2014 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail. Giới thiệu động cơ 2KD-FTV. 2 Động cơ 2KD-FTV Bảng 2. 2 Thông số động cơ 2KD-FTV Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 15 Hình 2.
3 Mặt cắt động cơ 2KD-FTV Động cơ 2DK-FTV trang bị trên xe Hiace là loại động cơ Diesel tu-bin tăng áp TOYOTA D-4D có công suất 75 KW/ 3600v/ph. Động cơ được trang bị hệ thống hồi lưu khí xả, hệ thống tăng áp tu-bin và hệ thống phối khí của các xupap được dẫn động trực tiếp từu trục cam thông qua con đội thủy lực. Với những hệ thông trên giúp động cơ nạp đầy thải sạch, tăng công suất động cơ, giảm được lượng khí thải động hại ra môi trường. [8] Động cơ 2KD-FTV sử dụng hệ thống nhiên liệu diesel Common Rail của Denso, áp suất phun tối đa khoảng 1800bar, đây là hệ thống được điều khiển hoàn toàn bằng điện, với các chức năng: • Điều khiển áp suất nhiên liệu • Điều khiển lượng phun • Điều khiển thời điểm phun Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 16 Hình 2.
4 Động cơ 2KD-FTV và hệ thống cung cấp nhiên liệu 2. Kết cấu hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ 2KD-FTV. Hệ thống Common rail được gồm hai phần: -Hệ thống cung cấp nhiên liệu: thùng nhiên liệu, lọc nhiên liệu, bơm cao áp, ống phân phối, kim phun, các đường ống. -Hệ thống điều khiển điện tử: bộ xử lý trung tâm ECM, bô khuếch đại điện áp để mở kim phun EDU, các cảm biến đầu vào và bộ chấp hành.
5 Kết cấu hệ thống Common rail Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 17 Hệ thống Common rail sử dụng ống phân phối để lưu trữ nhiên liệu có áp suất cao và các kim phun chứa các van điện từ được điều khiển điện tử để phun nhiên liệu có áp suất vào các xi lanh. ECU động cơ kiểm soát hệ thống phun (bao gồm áp suất phun, tốc độ phun và thời điểm phun), hệ thống này không bị ảnh hưởng bởi tốc độ hoặc chế độ lam việc của động cơ. Điều này đảm bảo áp suất phun ổn định mọi lúc, đặc biệt là ở tốc độ thấp, và giảm đáng kể lượng khói đen thường phát ra từ động cơ diesel trong quá trình khởi động, tăng tốc. Kết quả là, lượng khí thải thải ra sạch hơn và giảm thiểu, đồng thời tăng hiệu năng động cơ.
6 Điều chỉnh của Common rail Kiểm soát áp suất phun: Cho phép phun áp suất cao, ngay cả ở dải tốc độ động cơ thấp, Tối ưu hóa việc kiểm soát để giảm thiểu vật chất dạng hạt và phát thải NOx. Kiểm soát thời gian tiêm: Kiểm soát thời gian một cách tối ưu để phù hợp với điều kiện lái xe.