Đồ án tốt nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU
Trong xu thế hội nhập hiện nay, nền công nghiệp Việt Nam đang đứng
những cơ hội đầy tiềm năng và ngành công nghiệp ô tô Việt Nam cũng không
ngoại lệ. Ở nước ta số lượng ô tô hiện đại đang được lưu hành ngày một
tăng. Các loại ô tô này đều được cải tiến theo hướng tăng công suất, tốc
độ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, điện tử hoá quá trình điều khiển và
hạn chế mức thấp nhất thành phần ô nhiễm trong khí xả động cơ.
Với sự phát triển mạnh mẽ của tin học trong vai trò dẫn đường, quá trình
tự động hóa đã đi sâu vào các ngành sản xuất và các sản phẩm của chúng, một
trong số đó là ô tô. Nhờ sự giúp đỡ của máy tính để cải thiện quá trình làm việc
nhằm đạt hiệu quả cao và chống ô nhiểm môi trường, tối ưu hoá quá trình điều
khiển dẫn đến kết cấu của động cơ và ô tô thay đổi rất phức tạp, làm cho người
sử dụng và cán bộ công nhân kỹ thuật ngành ô tô ở nước ta còn nhiều lúng túng
và sai sót nên cần có những nghiên cứu cụ thể về hệ thống điện tử trên động cơ
ô tô.
Vì vậy là một sinh viên của nghành động lực sắp ra trường, em chọn
đề tài: "Nghiên cứu các hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ
Diezel điện tử" làm đề tài tốt nghiệp của mình. Em rất mong với đề tài
này em sẽ củng cố tốt hơn kiến thức của mình để khi ra trường em có thể
đóng góp vào ngành công nghiệp ô tô của nước ta, để góp phần vào sự phát
triển chung của ngành.
1
1
Đồ án tốt nghiệp
PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU
DIESEL ĐIỆN TỬ
I. Tổng quan hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel
1. Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ
diezel
cam điều khiển nằm trong thân bơm và điều khiển chung bằng 1 thanh răng.
1
87
65
2
34
Hình 1: Sơ đồ hệ thống cung cấp 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.
3
3
Đồ án tốt nghiệp
b : Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm
phân phối.
11
A
C
B
1
2
3 4 5 6
7
9
12
8
10
Hình 2 : Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm cao áp loại
bơm phân phối .
1- Thùng chứa nhiên liệu; 2,4- Bơm tiếp vận; 3- Bầu lọc tinh; 4- Van
điều 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.
Nguyên lý:
5
5
Đồ án tốt nghiệp
Nhiên liệu có áp suất cao được bơm vào ống phân phối để từ đó cung
cấp cho các kim phun. Nhiên liệu từ thùng chứa 1 được bơm qua bơm điện và
đi vào bộ lọc 3 qua bơm chuyển 5 qua van điều áp 6 vào bơm cao áp 10 nhiên
liệu áp suất cao được bơm vào ống dự trữ qua van điều chỉnh áp suất 7. Tại
đường ống phân phối sẽ có các đường ống cao áp nối tới kim 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 kim phun.
Hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel không ngừng được cải tiến với
các giải pháp kỹ thuật tối ưu nhằm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiệm môi
trường và suất tiêu hao nhiên liệu. Các nhà khoa học đã nghiên cứu và đã đề
ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức tốt quá trình cháy
nhằm giới hạn chất ô nhiệm. Các biện pháp được đưa ra nhằm giải quyết các
vấn đề sau:
- Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng 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
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
+ 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:
7
7
Đồ án tốt nghiệp
- 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.
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 .Tức
việc bố trí các thành phần và lắp đặt chúng trên động cơ phù hợp với các động
cơ đang tồn tại. Động cơ Diesel thế hệ “cũ”, trong quá trình làm việc hệ thống
cung cấp nhiên liệu thì tạo ra tiếng ồn khá lớn. Khi khởi động và tăng tốc đột
ngột lượng khói đen thải ra lớn. Vì vậy làm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm
phun vào buồng cháy có đường kính khác nhau mà sự sấy nóng và bay hơi
của các hạt nhiên liệu lại phụ thuộc rất nhiều vào đường kính, nhiệt độ, áp
suất của các hạt nhiên liệu phun vào. Ngoài ra còn phụ thuộc vào tính chất vật
lý của nhiên liệu. Thời gian để bay hơi hoàn toàn các hạt nhiên liệu trong xy
lanh động cơ phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ ở thời điểm phun. Khi tăng áp
suất không khí nạp sẽ ảnh hưởng mạnh tới sự bay hơi bởi vì áp suất và nhiệt
độ của không khí cuối quá trình nén sẽ tăng. Sự xoáy lốc mạnh của không khí
nạp trong buông cháy cũng có tác dung nâng cao cường độ và tốc độ bay hơi
của nhiên liệu.
9
9
Đồ án tốt nghiệp
Quá trình hình thành hoà khí tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau
nhưng chủ yếu là phụ thuộc vào kết cấu của buồng cháy trong động cơ.
Đối với động cơ diesel có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy
trong động cơ, trong các yếu tố đó có nhiều yếu tố thuộc khâu kết cấu, thiết kế
buồng cháy, kết cấu đường ống nạp... và có nhiều yếu tố phụ thuộc vào chế độ
hoạt động của động cơ như : Số vòng quay, thời điểm phun, lượng phun....
Khả năng làm việc tối ưu của động cơ Diesel phụ thuộc chủ yếu vào 2
yếu tố điều chỉnh cơ bản là: Lượng nhiên liệu phun vào động cơ và thời điểm
phun. Cả hai thông số điều chỉnh cơ bản này đều được điều chỉnh bởi bộ điều
khiển điện tử trên cơ sở xử lý các thông tin đầu vào như . Số vòng quay, chế
độ tải trọng động cơ, nhiệt độ nước làm mát... Nói chung có nhiều bộ xử lý
điều khiển nhiều hệ thống khác nhau lắp trên ôtô. Tuy nhiên bộ xử lý nào
cũng hoạt động theo nguyên lý thu thập thông tin vào điều kiện làm việc của
hệ thống và trên cơ sở đó điều khiển các cơ cấu chấp hành theo cách mà
người thiết kế mong muốn. Khuynh hướng hiện nay vẫn tập trung vào việc
nghiên cứu quá trình tạo hỗn hợp cháy trong động cơ Diesel nhằm mục đích
nâng cao công suất, tiết kiệm nhiên liệu, giảm chất độc hại trong khí thải.
II. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG DIESEL ĐIỆN TỬ
- Vòi phun điện tử.
- Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao ( ống Rail).
Với các ứng dụng mạnh mẽ về điều khiển tự động trong hệ thống
nhiên liệu Diesel nhờ sự phát triển về công nghệ . Năm 1986 Bosh đã đưa ra
thị trường việc điều khiển điện tử cho hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel
được gọi là hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel. Cho đến ngày nay hệ
thống cung cấp nhiên liệu Common Rail Diesel đã được hoàn thiện. Trong
động cơ Diesel hiện đại áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi phun một
cách riêng rẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong hộp chứa ( Rail) hay còn
gọi là “ắc quy thủy lực” và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu.
So với các hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thông thường thì Common
Rail Diesel đã đáp ứng và giải quyết được những vấn đề:
- Giảm tối đa mức độ tiếng ồn.
- Nhiên liệu được phun ra với áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển
điện tử, áp suất phun có thể đạt tới 184 MPa. Thời gian phun cực ngắn và tốc
độ phun cực nhanh (khoảng 1,1 ms).
11
11
Đồ án tốt nghiệp
- Có thể thay đổi áp suất phun và thời điểm phun tùy theo chế độ làm
việc của động cơ.
Do đó làm tăng hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu được nâng
cao hơn.
III. PHÂN LOẠI THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ.
Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử
Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với Bơm cao áp
Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với Ống phân phối – Common Rail System (CRS)
Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử
BơmVòi phun kết hợp
Bơm PE điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ
Hình 4 : Cơ cấu điều ga của bơm PE điện tử
1. Trục cam 4. ECU
2. Cơ cấu điều ga điện từ 5. Cảm biến tốc độ
3. Lò xo hồi vị
Cấu tạo của cơ cấu điều ga gồm 1 cuộn dây được ECU điều khiển cấp
điện từ theo mức độ bàn đạp chân ga ( hoặc theo tín hiệu của cảm biến chân
ga)
1.2 Công dụng
13
13
Đồ án tốt nghiệp
Khi ôtô máy kéo làm việc tải trọng trên động cơ luôn thay đổi. Nếu
thanh răng của bơm cao áp hoặc bướm tiết lưu giữ nguyên một chỗ thì khi
tăng tải trọng, số vòng quay của động cơ sẽ giảm xuống, còn khi tải trọng
giảm thì số vòng quay tăng lên. Điều đó dẫn đến trước tiên làm thay đổi tốc
độ tiến của ôtô máy kéo, thứ hai là động cơ buộc phải làm việc ở những chế
độ không có lợi.
Để giữ cho số vòng quay trục khuỷu động cơ không thay đổi khi chế độ
tải trọng khác nhau thì đồng thời với sự tăng tải cần phải tăng lượng nhiên
liệu cấp vào xilanh, còn khi giảm tải thì giảm lượng nhiên liệu cấp vào xilanh.
Khi luôn luôn có sự thay đổi tải trọng thì không thể dùng tay mà điều
điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào xilanh. Công việc ấy được thực hiện tự
động nhờ một thiết bị đặc biệt trên bơm cao áp gọi là cơ cấu điều ga điện từ .
Nhiệm vụ :
Điều hoà tốc độ động cơ dù có tải hay không tải (giữ vững một tốc độ
hay trong phạm vi cho phép tuỳ theo loại) có nghĩa là lúc có tải hay không tải
đều phải giữ một tốc độ động cơ trong lúc cần ga đứng yên.
Đáp ứng được mọi vận tốc theo yêu cầu của động cơ.
Phải giới hạn được mức tải để tránh gây hư hỏng máy.
Phải tự động cúp dầu để tắt máy khi số vòng quay vượt quá mức ấn
Hút nhiên liệu : Bơm cấp nhiên liệu hút nhiên liệu từ bình và nén
trong thân bơm.
Bơm nhiên liệu cao áp : Sử dụng một piston để đưa nhiên liệu áp suất
cao tới mỗi vòi phun bằng chuyển động tịnh tiến và quay.
Điều khiển lượng phun : Cơ cấu điều ga điều khiển lượng phun và
công suất động cơ. Cơ cấu điều ga điện từ có chức năng kiểm soát tốc độ tối
đa của động cơ để ngăn động cơ chạy quá tốc độ và giữ ổn định tốc độ chạy
không tải.
Điều khiển thời điểm phun :
Bộ định thời điểm phun theo tỷ lệ thuận với tốc độ động cơ. Van TCV
sẽ thực hiện chức năng này.
Hoạt động :
Khi bật khóa điện ON, van điện từ cắt nhiên liệu được kéo vào trong,
đường thông giữa thân bơm và piston mở. Khi bơm cấp nhiên liệu quay, hút
nhiên liệu từ bình nhiên liệu, qua bộ lắng đọng nước và bộ lọc nhiên liệu, đi
vào thân bơm theo áp suất được điều chỉnh bởi van điều chỉnh. Piston hút
nhiên liệu từ thân bơm vào buồng áp suất trong hành trình hút ( dịch chuyển
sang trái ) và nén nhiên liệu ở mức cao để dẫn đến từng van phân phối trong
hành trình nén ( di chuyển sang phải ).
Sau khi qua van phân phối, nhiên liệu được đưa vào các vòi phun qua
các ống dẫn cao áp, từ đó nhiên liệu được phun vào các xylanh. Cùng lúc, các
bộ phận bên trong bơm được nhiên liệu làm mát và bôi trơn. Một phần nhiên
liệu quay trở về bình nhiên liệu từ vít tràn để kiểm soát mức độ tăng nhiệt độ
của nhiên liệu trong bơm.
2.3 Bơm cấp và van điều chỉnh
16
16
Đồ án tốt nghiệp
Hình 6 : Bơm cấp và van điều chỉnh
Hình 7 : Piston bơm
Khi piston đi xuống ( chuyển sang trái ), một trong 4 rãnh hút trong
piston bơm sẽ thẳng hàng với cửa hút trong đầu phân phối.
18
18
Đồ án tốt nghiệp
Do vậy, nhiên liệu được hút vào buồng áp suất và đi vào trong piston.
Cung cấp nhiên liệu :
Khi đĩa cam và piston quay, cửa hút của đầu phân phối đóng, cửa phân
phối của piston sẽ thẳng hàng với đường phân phối.
Khi đĩa cam chạy trên con lăn, piston đi lên ( chuyển sang phải ) và nén
nhiên liệu.
Khi áp suất nhiên liệu đạt giá trị ấn định trước, nhiên liệu sẽ được phun
ra qua vòi phun.
Kết thúc :
Khi đĩa cam quay tiếp và piston đi lên ( dịch chuyển sang phải ), hai cửa
tràn của piston bị đẩy ra ngoài vành tràn. Kết quả là áp suất nhiên liệu giảm
đột ngột và kết thúc nạp nhiên liệu.
Hành trình hữu ích :
Hành trình hữu ích là khoảng cách piston dịch chuyển từ khi bắt đầu
nén nhiên liệu tới khi kết thúc.
Vì các hành trình bơm là không đổi, nên sự thay đổi vị trí đặt vành tràn
làm thay đổi hành trình hữu ích để tăng hoặc giảm lượng phun nhiên liệu.
Khi hành trình hữu ích kéo dài hơn thì hành trình nén sẽ lâu kết thúc
hơn và lượng nhiên liệu nạp tăng. Ngược lại, nén kết thúc sớm hơn và lượng
nhiên liệu nạp giảm khi hành trình hữu ích ngắn hơn.
2.5. Cơ cấu điều ga điện từ
2.5.1 Cấu tạo
19
Loại bơm VE này phải có:
+ Bơm sơ cấp, khớp chữ thập dẫn động cam, vành cam lăn, cơ cấu điều
khiển phun sớm.
+ Tuy nhiên không có quả ga và piston không có lỗ ngang.
+ Có thêm van xả áp và van điều khiển phun sớm, cảm biến tốc độ, các
điện trở hiệu chỉnh…
3.2 Bơm VE điện tử một piston hướng trục
3.2.1 Đặc điểm và cấu trúc
Bơm VE điện tử kiểu mới một piston hướng trục do không có quả ga nên
để điều khiển lượng nhiên liệu phun ( tức là muốn thay đổi tốc độ động cơ,
21
21
Đồ án tốt nghiệp
công suất của động cơ) thì bơm sử dụng một khoang xả áp thông với khoang
xylanh.
Hình 10 : Cấu trúc của bơm piston hướng trục
22
22
Đồ án tốt nghiệp
Hình 11: Các chi tiết của bơm piston hướng trục
3.2.2 Hoạt động
Khi động cơ làm việc thì một bơm sơ cấp loại cánh gạt được bố trí ở
trong bơm VE sẽ hút dầu từ thùng dầu qua lọc và nén căng vào trong khoang
bơm đến áp suất 2÷7(kg/cm
2
) và áp suất này gọi là áp suất sơ cấp P
1
. Dầu có
áp suất P
1
Copyright: Tài liệu đại học ©