Chương 1: Tổng quan hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 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 về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm giới hạn các chất ô nhiễm. Tập trung vào giải quyết các vấn đề: - Tăng tốc độ phun để làm giảm độ bồ hóng 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 HC. - Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả (ERG: Exhaust Gas Recirculation ) Hiện nay, các nhược điểm của hệ thống nhiên liệu 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. Hệ thống Common Rail Diesel ra đời góp phần cải thiện nhiều cho tính năng động cơ và tính kinh tế nhiên liệu mà lâu nay người sử dụng cũng như các nhà bảo vệ môi trường mong đợi.
Nó tạo nên hướng nghiên cứu mới cho các ngành cơ khí động lực, giao thông,… trong nước. Hiện nay, hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel được trang bị trên các dòng xe như :xe khách ,xe tải, xe du lịch,…những dòng xe này đang được sản xuất và sử dụng rất thông dụng tại Việt Nam và đang mang lại những hiệu quả tích cực cả về tính kinh tế và khả năng bảo vệ môi trường. SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS. Lê Minh Tiến 2 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động cơ Duratorq 2.4l trên xe Ford Transit Bảng1.1 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 Hệ thống Kiểm soát lượng phun Bơm (Điều tốc) ECU động cơ, Vòi phun (TWV) Kiểm soát thời gian Bơm (Cảm biến thời gian) ECU động cơ, Vòi phun (TWV) phun 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 (SCV) phun Vì những lý do trên em chọn đề tài "Tính toán thiết kế hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel động cơ Duratorq 2.4l trên xe Ford Transit 2019 " để làm đề tài tốt nghiệp.
Nhiệm vụ và yêu cầu 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 thông thoáng trong hệ thống. SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS. Lê Minh Tiến 3 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động cơ Duratorq 2.4l trên xe Ford Transit 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. - Phải 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 môi chất trong buồng cháy để hòa khí được hình thành nhanh và đều.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. Sơ đồ hệ thống Trên hình 2.1 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 thô 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 ngoài 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 hòa khí cháy. Trong quá trình nén, các xupap hút và xả đều đóng kín, khi piston đi lên thì không khí trong xi lanh bị nén.
Piston càng tới sát điểm chết trên, không khí bên trên piston bị chèn chui vào phần khoét lõm ở đỉnh piston, tạo ra ở đây dòng khí xoáy lốc hướng kính ngày càng mạnh. Cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào dòng xoáy lốc này, được xé nhỏ, sấy nóng, bay hơi và hòa trộn đều với không khí tạo ra hòa khí rồi bốc cháy. SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS. Lê Minh Tiến 4 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động cơ Duratorq 2.4l trên xe Ford Transit 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; 5- Bơm 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;.
Đặc điểm hình thành hòa khí bên trong động cơ diesel 1.Đặc điểm Có 2 đặc điểm sau: - Hòa 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. Ngoài ra, nhiên liệu diesel lại khó bay hơi hơn xăng nên phải được phun thật tơi và hòa trôn đều trong không gian buồng cháy. Vì vậy, phải tạo điều kiện để nhiên liệu được sấy nóng, bay hơi nhanh và hòa trộn đều với không khí trong buồng cháy nhằm tạo ra hòa khí. Mặt khác, phải đảm bảo cho nhiệt độ không khí trong buồng cháy tại thời gian phun nhiên liệu phải đủ lớn để hòa khí có thể tự bốc cháy.
- Quá trình hình thành hòa khí và quá 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 hòa 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 hòa khí thay đổi liên tục trong không gian và suốt thời gian của quá trình.Những đặc trưng của động cơ diesel SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS. Lê Minh Tiến 5 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động cơ Duratorq 2.4l trên xe Ford Transit Do thời gian hình thành hòa khí bên trong ngắn, làm cho chất lượng hòa trộn rất khó đạt được mức độ đồng đều, vì vậy động cơ có những đặc trưng sau: - Trong quá trình nén, bên trong xi lanh chỉ là không 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 hòa khí dễ tự bốc cháy.
- Đường nạp chỉ có không khí nên không 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 không cần sấy nóng với cấu tạo đơn giản. - Có thể dùng hòa khí rất nhạt trong buồng cháy (do tính hòa trộn không đều của hòa khí) nên có thể sử dụng cách điều chỉnh chất (tức chỉ điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho chu trình mà không điều chỉnh lưu lượng không khí) khi cần thay đổi tải của động cơ. - Động cơ diesel có một mặt bất lợi (do tính chất hòa trộn không đều tạo ra) là: bị hạn chế về khả năng giảm α (tức là không thể sử dụng hết không khí thừa trong buồng cháy để đốt thêm nhiên liệu) và khả năng nâng cao tốc độ động cơ (do tốc độ cháy của hòa khí không đều chậm hơn).
Những hạn chế trên đã làm cho công suất lít (công suất đơn vị) của động cơ diesel nhỏ hơn so với động cơ xăng.Phân loại hình thành hòa khí trong động cơ diesel Dựa vào vị trí bay hơi của nhiên liệu chia thành: - Hình thành hòa khí kiểu không gian: nhiên liệu được phun tơi vào không gian buồng cháy, được sấy nóng, bay hơi và hòa trộn đều với không khí tại đây, tạo thành hòa khí. - Hình thành hòa 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 hòa trộn với không khí. - Hình thành hòa khí kiểu hỗn hợp: theo yêu cầu của các chế độ vận hành khác nhau, một phần nhiên liệu được hình thành hòa khí theo kiểu không gian, còn một phần hình thành trên bề mặt buồng cháy. Dựa vào nhân tố điều khiển, sự hình thành hòa khí chia thành: - Phun trực tiếp, hình thành hòa 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 xoáy lốc của dòng khí nạp và dòng khí chèn cuối quá trình nén.
- Kiểu xoáy lốc, hình thành hòa khí chủ yếu dựa vào sự phối hợp giữa chuyển động xoáy lốc của dòng môi chất đi vào buồng cháy phụ và tia nhiên liệu trong buồng cháy, SVTH: Lê Hồng Trung GVHD: TS. Lê Minh Tiến 6 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiệu liệu động cơ Duratorq 2.4l trên xe Ford Transit ngoài ra còn dựa vào cường độ dòng môi chất từ buồng cháy phụ phun ra sau khi bốc cháy kết hợp với hình dạng buồng cháy chính.