CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL TRÊN Ô TÔ 1. Sơ lược về 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 ô tô thương mại và ô tô 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. 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. Phân loại Theo cách phân loại dựa vào các loại bơm cao áp của hệ thống nhiên liệu ta có thể phân loại sơ bộ hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thành 3 loại sau.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm dãy. Bơm cao áp là 1 loại bơm gồm nhiều tổ bơm ghép thành 1 khối có vấu cam điều khiển nằm trong thân bơm và điều khiển chung bằng 1 thanh răng.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu sử dụng bơm dãy 1- Thùng chứa nhiên liệu; 2- Cốc lọc; 3- Bơm tay; 4- Bơm cao áp 5- Bầu lọc tinh; 6- Ống dầu cao áp; 7- Vòi phun; 8- Buồng cháy b. Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm phân phối 3 4 5 6 2 7 1 9 10 B 8 11 12 A C Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu sử dụng bơm cao áp loại bơm phân phối 4 1- Thùng chứa nhiên liệu; 2- Bơm tiếp vận; 3- Bầu lọc tinh; 4- Van điều áp; 6- Vòi phun; 7- Buồng cháy; 8- Bơm cao áp phân phối; 9- Van cao áp; 10- Piston; 11- Lỗ đưa nhiên liệu đến các vòi phun ; 12 - Vành điều lượng. Hệ thống cung cấp nhiên liệu Commol rail 7 9 8 6 12 5 10 4 11 3 13 14 15 2 1 16 17 18 19 Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail 1- Thùng chứa; 2- Ống tản nhiệt; 3- Bộ lọc ; 4- Van đóng mở(theo nhiệt độ); 5 -Bơm chuyển nhiên liệu; 6- Van điều áp suất thấp; 7- Van điều áp suất cao; 8- Đường ống dự trữ; 9 -Cảm biến áp suất nhiên liệu; 10-Bơm cao áp; 11- ECU; 12-Kim phum: 13- Bơm điện; 14- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 15- Cảm biến vị trí trục khuỷu; 16- Cảm biến áp suất; 17- Cảm biến vị trí trục cam: 18 - Cảm biến vị trí bàn đạp ga: 19- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu.
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL TRÊN XE FORTUNER 2020 2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu diesel trên xe Fortuner 2020 2. Sơ đồ cấu tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel trên xe Fortuner 2020 6 7 5 9 e d c b 8 a 4 10 11 14 13 12 3 2 1 ECU Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu trên xe fortuner 2020 1- Bơm chuyển nhiên liệu; 2- Thùng chứa nhiên liệu; 3- Bộ sấy nóng nhiên liệu; 4- Lọc nhiên liệu; 5- Van hạn chế áp suất; 6- Cảm biến vị trí pít tông; 7- Bơm cao áp; 8- Van an toàn; 9- Vòi phun; 10- Cảm biến áp suất; 11- Ắc quy thủy lực; 12- ECU; 13- Bộ làm mát nhiên liệu; 14- Cảm biết nhiệt độ nhiên liệu; a- Đường nhiên liệu áp suất thấp. b- Đường nhiên liệu áp suất cao.
c- Đường nhiên liệu hồi về thùng chứa. d- dây điện từ ECU tới các cơ cấu chấp hành. e- Dây điện từ các cảm biến tới ECU. Nguyên lý hoạt động Nhiên liệu được bơm cung cấp 1 đẩy đi từ thùng nhiên liệu trên đường ống thấp áp qua bộ sấy nóng nhiên liệu 3 và bầu lọc (4) đến Bơm cao áp (7), từ đây nhiên liệu được bơm cao áp nén đẩy vào ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (11) hay còn gọi là ống phân phối và được đưa đến vòi phun Common Rail (9) sẵn sàng để phun vào xy lanh động cơ.
Việc tạo áp suất và 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 và lượng nhiên liệu phun ra. Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong ống phân phối. Lượng phun ra được quyết định bởi sự điều khiển bàn đạp ga, thời điểm phun cũng như áp suất phun được tính toán bằng ECU dựa trên các biểu đồ dữ liệu đã lưu trên nó.
Sau đó ECU sẽ điều khiển các kim phun của các vòi phun tại mỗi xy lanh động cơ để phun nhiên liệu nhờ thông tin từ các cảm biến với áp suất phun có thể đến 1350 bar. Nhiên liệu thừa của vòi phun và của bơm cao áp theo đường dầu hồi trở về thùng chứa nhiên liệu (2). Trên ống phân phối có gắn cảm biến áp suất 10 , cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 14 và đầu cuối có bố trí van an toàn (8), nếu áp suất tích trữ trong ống phân phối (5) lớn quá giới hạn van an toàn sẽ mở để nhiên liệu được tháo. Ở hệ thống nhiên liệu này sẽ có 3 mạch áp suất của nhiên liệu khác nhau.
Đầu tiên đó là mạch nhiên liệu áp suất thấp. Dòng nhiên liệu này sẽ đi từ thùng chứa nhiên liệu qua bầu lọc 4 và qua bộ sấy nóng nhiên liệu 3 để đưa lên bơm cao áp nhờ bơm chuyển nhiên liệu 1.2 Mạch nhiên liệu áp suất thấp Mạch áp suất nhiên liệu thứ 2 đó là mạch nhiên liệu áp suất cao. Dòng nhiên liệu sau khi đến bơm cao áp, nhờ bơm cao áp nén nên nhiên liệu sẽ đạt đến 1 áp suất rất cao sau đó nhiên liệu sẽ qua ống phân phối và được tích trữ trong ống phân phối và đưa đến vòi phun sẵn sàng phun vào xy lanh động cơ. Nhiên liệu có áp suất cao được tạo ra độc lập với lượng nhiên liệu phun ra.
Nhiên liệu có áp suất cao được tạo ra do sự hoạt động của bơm cao áp còn việc phun nhiên liệu thì do ECU điều khiển.3 Mạch nhiên liệu áp suất cao 8 Mạch áp suất nhiên liệu thứ 3 đó là mạch dầu hồi. Nhiên liệu sau khi qua bộ lọc nếu nhiều quá thì sẽ về thùng chứa theo đường dầu hồi. Nhiên liệu sau khi đến bơm cao áp nếu lượng nhiên liệu nhiều quá thì 1 phần nhiên liệu sẽ trở về thùng chứa theo đường dầu hồi. Nhiên liệu áp suất cao tích trữ trong ống phân phối và trong vòi phun nếu quá nhiều thì 1 lượng nhiên liệu cũng theo đường dầu hồi về thùng chứa.4 Mạch nhiên liệu hồi Khác với hệ thống phun nhiên liệu diesel truyền thống trước đây đó là các vòi phun đều được cung cấp nhiên liệu bởi các bơm cáo áp độc lập, một bơm phân phối dẫn động bởi động cơ sẽ cung cấp nhiên liệu theo các đường độc lập đến vòi phun.
Ở động cơ xe Fortuner 2020 thì hệ thống cung cấp nhiên liệu được sử dụng công nghệ CDI. Với hệ thống nhiên liệu này nhiên liệu được tích trữ trong ống phân phối chung hay ống (Common rail) tại đó áp suất duy trì ở một cấp độ cao bằng một bơm cao áp riêng. Từ ống phân phối này, nhiên liệu sẽ được phân phối tới các vòi phun cao áp. Với cải tiến mới này, so với các động cơ diesel thế hệ cũ hơn hệ thống Common rail khi đó đã tạo ra một áp suất phun tới 1350 bar ngay cả khi số vòng tua máy thấp.
Việc tạo ra nhiên liệu có áp suất cao và duy trì áp suất đó ngay cả khi tốc độ động cơ thay đổi đồng thời cung cấp một lượng nhiên liệu rất đều vào tất cả các vòi phun là một quá trình phức 9 tạp. Đó là quá trình kết hợp làm việc nhịp nhàng của các bộ phận sau , bơm cao áp, van điều chỉnh áp suất, ống phân phối, cảm biến áp suất nhiên liệu, van hạn chế áp suất, ECU.5 Các cơ cấu điều khiển phun nhiên liệu 1 : Bơm cao áp. 2 : Ống phân phối. 3 : Cảm biến áp nhiên liệu.
5 : Van điều chỉnh áp suất Đầu tiên cảm biến áp suất được gắn trên ống phân phối sẽ ghi nhận tình trạng áp suất nhiên liệu trong ống phân phối.