MỤC LỤC
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL TRUYỀN THỐNG VÀ HTNL ĐỘNG CƠ COMMON RAIL
1.1. Khái quát chung về hệ thống nhiên liệu động cơ diesel
1.1.1. Sơ lược lịch sử phát triển động cơ diesel
1.1.2. Tổng quan hệ thống nhiên liệu
1.2.Hệ thống nhiên liệu common rail
1.2.1. Giới thiệu sơ lược về hệ thống Common Rail Diesel
1.2.2.Cấu tạo và nguyên lý làm việc chung của hệ thống nhiên liệu common rail
Chương 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MỘT SỐ CỤM CHI TIẾT, BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG COMMON RAIL
2.1. Cụm bơm cao áp, bơm chuyển nhiên liệu
2.1.1. Bơm cao áp
2.1.2. Phân bơm(bơm Pít tông)
2.1.3. Van điều chỉnh áp suất
2.1.4.Van ngắt
2.2. Ống phân phối
2.2.1. Cấu tạo
2.2.2. Van giới hạn áp suất
2.3. Vòi phun
2.3.1. Giới thiệu chung
2.3.2. Cấu tạo
2.3.3. Nguyên lý và các trạng thái làm việc
2.4. Hệ thống điều khiển điện tử kim phun
2.4.1. Sơ đồ các tín hiệu điều khiển
2.4.2. Các loại cảm biến
2.5. Nguyên lý làm việc của một số hệ thống khác
2.5.1. Hệ thống hồi lưu khí xả
2.5.2. Hệ thống tăng áp
Chương 3: KHAI THÁC, SỬA CHỮA BẢO DƯỠNG HTNL COMMONRAIL
3.1. Sửa chữa
3.1.1. Khói đen
3.1.2. Khói trắng
3.1.3. Bơm cao áp bị hỏng
3.1.4. Bộ lọc bị tắc, hoặc có nước trong nhiên liệu
3.1.5.Nhiên liệu rò ra lỗ vòi phun
3.1.6.Máy lì
3.1.7.Máy bị tắt đột ngột
3.2.Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel
3.2.1.Bảo dưỡng kỹ thuật cấp một
3.2.2.Bảo dưỡng kỹ thuật cấp hai
3.2.3. Bảo dưỡng kỹ thuật theo mùa
3.2.4. Các hư hỏng đối với hệ thống điện tử
3.3. Kết luận
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
LỜI NÓI ĐẦU
Công nghệ ô tô là một ngành khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chóng trên toàn cầu. Sự tiến bộ trong thiết kế, vật liệu và kỹ thuật sản xuất đã góp phần tạo ra những chiếc xe ô tô hiện đại với đầy đủ tiện nghi, tính an toàn cao, và đáp ứng được các yêu cầu về tiêu chuẩn môi trường. Trong xu thế phát triển ấy, nhiều hệ thống và trang thiết bị trên ô tô ngày nay được điều khiển bằng điện tử, đặc biệt là các hệ thống an toàn như hệ thống phanh, hệ thống điều khiển ổn định ô tô…
Trong bối cảnh đó khí thải động cơ Diesel là một trong những thủ phạm gây nên ô nhiễm môi trường. Động cơ diesel hiệu quả kinh tế hơn động cơ xăng, tuy nhiên nó vẫn còn những hạn chế trong quá trình sử dụng như: Thải khói đen khá lớn khi tăng tốc, tiêu hao nhiên liệu còn cao và tiếng ồn lớn. Trải qua các thời kỳ HTNL 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. Vì vậy để đảm bảo đạt tiêu chuẩn về ô nhiểm môi trường, về tính năng hoạt động, các cải tiến liên quan đến động cơ cũng không kém phần quan trọng, đó là các hệ thống điều khiển động cơ bằng điện tử cho động cơ diesel đang được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới.
Vì vậy là một học viên ngành ô tô em quyết định chon đề tài “Nghiên cứu hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ diesel” làm đề tài tốt nghiệp chuyên ngành của mình. Rất mong với đề tài này em sẽ củng cố thêm được kiến thức của mình, sau này ra đơn vị công tác có thể nắm vững thêm kiến thức chuyên môn, góp phần vào sự phát triển chung của ngành Xe - Máy trong quân đội ta.
Bên cạnh đó em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo: TS…………..., người đã trực tiếp hướng dẫn em tận tình chu đáo trong quá trình hoàn thiện đồ án này. Ngoài ra em xin cảm ơn tất cả các thầy giáo trong khoa đã tạo điều kiện giúp em hoàn thành tốt nội dung đồ án này./.
….., Ngày … tháng … năm 20…
Học viên thực hiện
………….
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL TRUYỀN THỐNG VÀ HTNL
ĐỘNG CƠ COMMON RAIL
1.1.Khái quát chung về hệ thống nhiên liệu động cơ diesel
1.1.1. 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.
1.1.2. Tổng quan hệ thống nhiên liệu
1.1.2.1.Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp với loại bơm cao ápkiểu 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 để thay đổi lưu lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt động cơ với từng chế độ làm việc của động cơ.
1.1.2.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm phânphối.
Hầu hết trên các loại động cơ xe hiện đại ngày nay được lắp loại bơm phân phối kiểu này. Nó cho phép lắp đặt thuận tiện trên thân động cơ bởi cấu trúc gọn nhẹ cũng như đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đề ra.
1.2.Hệ thống nhiên liệu common rail
1.2.1. Giới thiệu sơ lược về hệ thống Common Rail Diesel
HTNL 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 bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiên liệu và không khí trong long xy lanh trong quá trình phun nhiên liệu.
- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp.
1.2.2.Cấu tạo và nguyên lý làm việc chung của hệ thống nhiên liệu common rail
a)Cấu tạo chung:
Hệ thống Common Rail có cấu tạo gồm 2 phần:
- Hệ thống cung cấp nhiên liệu: gồm thùng nhiên liệu, lọc nhiên liệu, bơm cao áp, ống phân phối, kim phun, các đường ống cao áp. Hệ thống cung cấp nhiên liệu có công dụng hút, chuyển nhiên liệu từ thùng chứa đưa đến bơm cao áp sau đó nén nhiên liệu vào ống phân phối lên áp suất cao được kiểm soát chặt chẽ và được đưa trực tiếp đến vòi phun, ở đây nhiên liệu sẽ chờ tín hiệu điều khiển từ ECM để kim phun phun nhiên liệu vào buồng đốt.
Hệ thống điều khiển điện tử: gồm bộ xử lý trung tâm ECU, bộ khuyếch đại điện áp để mở kim phun EDU, các cảm biến đầu vào và bộ chấp hành. ECM thu thập các tín hiệu từ nhiều cảm biến khác nhau để nhận biết tình trạng hoạt động của động cơ, sau đó tính toán lượng phun, thời điểm phun nhiên liệu và gửi tín điều khiển phun đến EDU để EDU điều khiển mở kim phun.
b) Nguyên lý làm việc chung:
- Vùng nhiên liệu áp suất thấp: Bơm thấp áp(nằm trong bơm cao áp) hút nhiên liệu từ thùng chứa và qua lọc nhiên liệu để lọc sạch cặn bẩn và tách nước và đưa đến van điều khiển hút (SCV) lắp trên bơm cao áp.
- Vùng nhiên liệu áp suất cao: nhiên liệu từ van điều khiển hút (SCV) được đưa vào buồng bơm, tại đây nhiên liệu sẽ được bơm cao áp nén lên áp suất cao và thoát ra đường ống dẫn cao áp đi đến ống phân phối và từ ống phân phối đi đến các kim phun chờ sẵn.
Chương 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MỘT SỐ CỤM CHI TIẾT, BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG COMMON RAIL
Để phục vụ quá trình nghiên cứu tìm hiểu chi tiết hơn về hệ thống Common rail nói chung, trong đề tài ta chọn một động cơ diesel cụ thể sử dụng hệ thống Common rail để nghiên cứu tìm hiểu góp phần làm sáng tỏ một số nội dung cũng như các chi tiết, bộ phận đi kèm.
2.1. Cụm bơm cao áp, bơm chuyển nhiên liệu
2.1.1. Bơm cao áp
Bơm cao áp là loại bơm 3 pít tông đặt lệch nhau góc 120 độ có nhiệm vụ tạo ra nhiên liệu có áp suất cao đẩy tới ống phân phối tích trữ dưới áp suất cao sẵn sàng cho quá trình phun. Bơm này được lắp đặt phía trước động cơ và được dẫn động từ trục khuỷu thông qua bánh đai răng.
Bên trong gồm các phân bơm được chế tạo với độ tinh vi, chính xác cao đảm bảo cung cấp lượng nhiên liệu ổn định lên ống phân phối. Đầu ra của 3 phân bơm có gắn van điều chỉnh áp suất giúp duy trì áp suất làm việc ổn định trong toàn bộ hệ thống.
2.1.2. Phân bơm(bơm Pít tông)
Bơm pít tông của bơm cao áp làm nhiệm vụ bơm nhiên liệu áp suất cao đến ống phân phối, lượng nhiên liệu được bơm ít hay nhiều phụ thuộc vào van điều chỉnh áp suất.
Sau đây ta sẽ làm rõ các quá trình làm việc của bơm pít tông trong bơm cao áp commonrail.
a) Quá trình hút nhiên liệu
Khi pít tông đi xuống nhờ lực đẩy của lò xo, van nạp mở ra. Nhờ độ chân không phía trên pít tông nhiên liệu được nạp vào không gian này cho đến khi pít tông nằm ở vị trí thấp nhất.
b) Quá trình đẩy nhiên liệu
Bơm cao áp gồm ba pít tông bơm được bố trí hướng kính và các pít tông cách nhau 120 độ, 3 pít tông này được đẩy lên nhờ cam lệch tâm, hành trình đi xuống của pít tông nhờ lò xo và cam lệch tâm,pít tông đi lên nhờ cam lệch tâm thì nhiên liệu ở khoảng không gian phía trên pít tông bị nén tăng áp suất, đẩy mở van bi 7 mở ra, nhiên liệu áp suất cao đi vào đường ống cao áp đến ống phân phối, đồng thời van nạp đóng lại không cho nhiên liệu trở lại bơm nạp.
2.1.3. Van điều chỉnh áp suất
Van điều chỉnh áp suất được gá lên bơm cao áp. Để ngăn cách khu vực áp suất cao với khu vực áp suất thấp, một lõi thép đẩy van bi vào vị trí đóng kín. Có 2 lực tác dụng lên lõi thép: Lực đẩy xuống dưới bởi lò xo và lực điện từ. Nhằm bôi trơn và giải nhiệt, lõi thép được nhiên liệu bao quanh. Thông tin áp suất nhiên liệu trong ống phân phối được ghi nhận bởi cảm biến áp suất nhiên liệu gắn trên ống phân phối.
2.3. Vòi phun
2.3.1. Giới thiệu chung
Vòi phun của động cơ D-4D sử dụng vòi phun kín, thời điểm phun và lượng phun được điều khiển bằng van điện từ dưới sự điều khiển của ECU. Vòi phun có van trợ lực điện từ. Nó là một thành phần chính xác cao, được chế tạo chịu được độ kín khít cực cao. Các van, kim phun và cuộn điện từ được định vị trên thân vòi phun.
2.3.2. Cấu tạo
Hoạt động của vòi phun tương đối phức tạp và nó chịu sự điều khiển của ECU cho từng dải làm việc của động cơ đã được lập trình từ trước. Xét về mặt cơ bản thi có thể chia làm 4 giai đọan chính khi động cơ làm việc và bơm cao áp tạo ra áp suất cao
2.3.3. Nguyên lý và các trạng thái làm việc
a) Kim phun đóng (ở trạng thái nghỉ)
Nhiên liệu từ ống COMMON RAIL đi đến vòi và theo đường ống dẫn sẽ đi đến buồng điều khiển 8 thông qua tiết lưu 9 buồng điều khiển được nối với đường dầu về thông qua lỗ xả được điều khiển bởi van từ 10 (solenoid).
b) Khi kim phun mở ( bắt đầu phun)
Khi cuộn dây từ có dòng điện, lực hấp dẫn của cuộn dây từ sẽ kéo van từ 10 lên trên lỗ xả mở nhiên liệu chảy ra.
2.5. Nguyên lý làm việc của một số hệ thống khác
2.5.1. Hệ thống hồi lưu khí xả
a) Tổng quan
So với động cơ xăng, động cơ diesel đốt nhiên liệu khó bay hơi hơn, nên việc hoà trộn hỗn hợp không khí không chỉ diễn ra trong quá trình phun và bắt đầu cháy. Kết quả là hỗn hợp kém đồng nhất. Vì vậy sự hồi lưu khí thải là phương pháp để làm giảm lượng NOx sinh ra mà không làm tăng nhanh lượng khói đen.
Ở động cơ D-4D hệ thống hồi lưu khí xả bao gồm các cụm chi tiết như van hồi lưu khí xả 5, Bơm chân không 3, van điện trợ lực chân không 2, ECU.
b) Các chi tiết chính
Trong hệ thống này tương đối phức tạp, ta chỉ nghiên cứu một số các chi tiết cơ bản mà thôi. Bộ lọc có tác dụng lọc sạch khí nạp trước khi đưa vàn xy lanh động cơ. Trên bộ lọc gắn 1 cảm biến nhiệt độ khí nạp và bộ lọc có lưới lọc rất mỏng để đảm bảo chỉ cho phép 1 lượng khí phù hợp đi qua để vào đường ống nạp.
2.5.2. Hệ thống tăng áp
a) Tổng quan
Van giảm áp8 luôngiữ cho động cơ không bị hư hỏng do áp suất khuyếch đại quá dư thừa tạo ra bởi bộ tăng áp, van điều tiết này giữ cho áp lực không tăng vượt quámột mức độ xác định.Hệ thống tăng áp trên động cơ D-4Dlà loại tăng áp kiểu tuabin khí. Bộ tăng áp có 2 ngăn, 1 ngăn nối với đường ống thải còn 1 ngăn nối với đường ống nạp. Tuốc binvà máy nén cùng trục.
b) Nguyên lý làm việc:
Khi áp suất đường ống nạp tăng cao thì tín hiệu từ cảm biến áp suất khí nạp, cảm biến lưu lượng, cảm biến nhiệt độ khí nạp và các cảm biến liên quan sẽ được gửi tới ECU. Sau khi xử lý tín hiệu đầu vào ECU sẽ gửi tín hiệu đến vận hành van điện trợ lực chân không 7 để điều tiết lượng chân không phù hợp từ bơm chân không 8.
c) Nguyên lý điều chỉnh áp suất khí nạp
Áp suất đường ống nạp được điều chỉnh như sau. Khi ECU đưa tín hiệu điều khiển tới vận hành van điện 7 để mở đường thông từ bơm chân không 8 ra buồng phía sau của van giảm áp. Khi đó van giảm áp 4 đóng lỗ xả phụ lại thì toàn bộ khí xả sẽ đi qua tuốc bin 3 làm cho tuốc bin quay nhanh hơn dẫn đến tốc độ máy nén sẽ tăng lên như vậy áp suất khí nạp sẽ tăng lên.
Chương 3: KHAI THÁC, SỬA CHỮA BẢO DƯỠNG HTNL COMMONRAIL
Khắc phục hư hỏng có nghĩa là sửa chữa các hư hỏng bằng cách loại trừ lần lượt từng nguyên nhân không thể.Sau đó xem xét những nguyên nhân còn lại để đi đến kết luận chính xác. Phương pháp này nhanh và chính xác hơn rất nhiều so với việc phỏng đoán hay điều chỉnh sửa chữa ngẫu nhiên. Động cơ DW10 ATED dùng thiết bị chuẩn đoán là máy chuẩn đoán WDS, IDS kết nối qua cổng DLC.
3.1. Sửa chữa
3.1.1. Khói đen
Khói đen là do chứa cacbon trong nhiên liệu không cháy, kết quả của sự cháy không hoàn toàn do hệ số a quá nhỏ (tức hỗn hợp quá đậm), từ bản chất của hiện tượng này có thể do các nguyên nhân sau.
(1) Phun nhiên liệu quá nhiều.
Đây là kết quả của việc cháy không hoàn toàn, tức là có quá nhiều nhiên liệu được phun vào xylanh, không có đủ khí để cháy hết, nên nhiên liệu còn lại thải ra cùng khí xả làm khí có màu đen.
(2) Thời gian phun quá sớm.
Nếu thời điểm phun quá sớm, nhiên liệu sẽ được phun trước khi áp suất và nhiệt độ của khí trong buồng cháy tăng đủ cao để bốc cháy.
3.1.2. Khói trắng
Khói trắng thường xảy ra khi động cơ khởi động. Do nhiệt độ bên ngoài thấp, nhiên liệu phun ra trong điều kiện này sẽ cháy ở nhiệt độ tương đối thấp, nhiệt độ buồng cháy không tăng cao đủ để cháy hoàn toàn.
(1) Thời điểm phun quá trễ.
Nếu thời điểm phun quá trễ, nhiên liệu sẽ được phun sau khi piston qua điểm chết trên: Kết quả là áp suất trong buồng cháy sẽ giảm và một phần nhiên liệu không cháy sẽ được xã ra ngoài, sinh ra khói trắng. Hiện tượng này đồng thời xảy ra với công suất động cơ giảm.
(2) Hệ thống sấy nhiên liệu liệu hỏng.
Nếu như hệ thống sấy nhiên liệu hỏng, nhiệt độ trong buồng cháy sẽ không thể tăng đủ cao để cháy nhiên liệu.
3.1.4. Bộ lọc bị tắc, hoặc có nước trong nhiên liệu
Bộ lọc dùng để khử tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu vào bơm chuyển nhiên liệu, bộ lọc bị tắc sẽ làm nhiên liệu đi vào bơm cao áp không đủ, công suất của động cơ giảm và động cơ bắt đầu nổ không đều, đứt quãng.
3.2.2.Bảo dưỡng kỹ thuật cấp hai
Kiểm tra độ kẹp chặt và độ kín khít của thùng chứa nhiên liệu, ống dẫn nhiên liệu, bơm cao áp, vòi phun, bầu lọc và cơ cấu dẫn động bơm.
Kiểm tra dòng chảy nhiên liệu nếu cần thì xả nhiên liệu cho không khí lẫn trong hệ thống ra ngoài.Khởi động cho động cơ làm việc và điều chỉnh số vòng quay nhỏ nhất của trục khuỷu ở chế độ chạy không tải.
3.2.4. Các hư hỏng đối với hệ thống điện tử
Các tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát quá thấp hoặc quá cao. Các cảm biến vị trí trục khuỷu, trục cam, lưu lượng khí nạp... hoặc do bụi bặm bám trên các bo mạch khiến chúng trở nên tiếp xúc truyền dẫn kém hoặc oxy hóa các đầu giắc kết nối…
3.3. Kết luận
Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail ngày nay được dùng rộng trên các phương tiện giao thông, góp phần tạo nên bước ngoặt mới cho ngành ôtô động cơ nhiệt.
Hệ thống nhiên liệu Common Rail có khả năng tạo hơi nhiên liệu tốt vì phun nhiên liệu với áp suất cao khoảng 1600 bar.Nhiên liệu cháy hoàn toàn, không tạo ra các sản phẩm phụ khác, ít tạo khói, ít tạo ra muội than nên vấn đề ô nhiễm không khí được cải thiện rất nhiều.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian làm việc tập trung, khẩn trương dưới sự hướng dẫn chỉ bảo của các thầy giáo trong bộ môn, đặc biệt là thầy giáo: TS…..…. đến nay đồ án của em đã hoàn thành đúng thời hạn đảm bảo các nhiệm vụ được giao.
Qua quá trình làm đồ án đã giúp em làm quen với những công việc cụ thể của người kỹ sư trong tương lai, phương pháp làm việc độc lập, sáng tạo, khoa học, kỷ luật, đồng thời đồ án đã giúp bản thân em củng cố thêm các kiến thức đã được học cũng như học hỏi được nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu.
Cuối cùng em xin cám ơn thầy giáo: TS….……, cùng các thầy trong bộ môn đã tận tình hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Văn Bình, Nguyễn Tất Tiến. “Nguyên lý Động cơ đốt trong”. Nhà xuất bản giáo dục, năm 1994.
[2]. Nguyễn Bốn, Hoàng Ngọc Đồng. “Nhiệt kỹ thuật”. Nhà xuất bản giáo dục, năm 1999.
[3]. Vũ Đức Lập “Kết cấu và tính toán Động cơ đốt trong, Tập 3”. Học viện Kỹ thuật Quân sự, năm 1989.
[4]. Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng. “Ôtô và ô nhiễm môi trường”. Nhà xuất bản giáo dục, năm 1999.
[5]. Nguyễn Phước Hoàng, Phạm Đức Nhuận, Nguyễn Thạch Tân, Đinh Ngọc Ái, Đặng Huy Chí. “Thủy lực và máy thủy lực”. Nhà xuất bản giáo dục, năm 1996.
[6]. Tài liệu động cơ D-4Dvà các tài liệu liên quan.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"