MỤC LỤC
1. MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA ĐỀ TÀI.... 3
2.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL:..... 4
2.1. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ DIESEL.... 4
2.2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL.. ...4
2.2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel.... 4
2.2.2 Đặc điểm hình thành hòa khí trong động cơ diesel:.... 5
2.2.3. Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel. ...10
3. KHẢO SÁT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ IVECO NEF 60TE2. ...19
3.1. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ IVECO NEF 60TE2. ...19
3.1.1. Các thông số kỹ thuật động cơ IVECO NEF 60TE2. ...20
3.1.2 Đặc điểm các nhóm chi tiết và cơ cấu của động cơ IVECO NEF 60TE2. ...22
3.2 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL TRÊN ĐỘNG CƠ IVECO NEF 60TE2. ...39
3.2.1. Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu động cơ IVECO NEF 60TE2. ...39
3.2.2. Đặc tính phun nhiên liệu động cơ IVECO NEF 60TE2:. ...40
3.2.3. Kết cấu hệ thống nhiên liệu động cơ IVECO NEF 60TE2.... 43
3.2.4. Vùng áp suất thấp. ...43
3.2.5. Vùng nhiên liệu áp suất cao:. ...47
3.3 HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN PHUN NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ IVECO NEF 60TE2. ...57
3.3.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử của hệ thống nhiên liệu động cơ IVECO NEF 60TE2. ...57
3.3.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động các thành phần trong hệ thống điện tử điều khiển phun nhiên liệu động cơ IVECO NEF 60TE2.. 60
4. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ IVECO NEF 60TE2.....76
4.1. TÍNH TOÁN NHIỆT:. ...76
4.1.1. Thông số động cơ. ...76
4.1.2. Các thông số chọn ban đầu.... 77
4.1.3. Thông số tính toán. ....77
4.2 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BƠM CAO ÁP. ....84
4.2.1. Thể tích nhiên liệu cung cấp cho một chu trình. ...84
4.2.2. Đường kính piston bơm cao áp. ...85
4.3. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA VÒI.... 86
4.3.1. Tốc độ phun nhiên liệu lớn nhất trong một chu trình..... 86
4.3.2. Tiết diện lưu thông của một lỗ phun.....87
4.3.3. Đường kính lỗ phun tính toán. ...87
5. TÌM HIỂU CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ SỮA CHỬA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU....87
5.1.1. Các hư hỏng bơm cao áp. ...87
5.1.2. Các hư hỏng của vòi phun. ....88
5.1.3. Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu. ...88
5.1.4. Các hư hỏng của đường ống dẫn nhiên liệu. ...88
5.1.5. Hư hỏng hệ thống điện tử và các cảm biến. ....88
5.2.1. Bơm cao áp. ....89
5.2.2. Ống phân phối. ....89
5.2.3. Vòi phun. ...89
5.3. PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN.. ..89
5.3.1. Chẩn đoán theo một số trạng thái hoạt động của động cơ.... 89
5.3.2 Chẩn đoán hệ thống điều khiển điện tử bằng máy quét mã lỗi scaner. ...91
5.4.1 Bảo dưỡng kỹ thuật cấp một. ....94
5.4.2. Bảo dưỡng kỹ thuật cấp hai ....94
5.4.3. Bảo dưỡng kỹ thuật theo mùa. ...94
5.4.4. Các hư hỏng đối với hệ thống điện tử. ...94
6. KẾT LUẬN.. ..95
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. ..97
1. MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA ĐỀ TÀI
Hiện nay máy phát điện công nghiệp được sử dụng làm nguồn điện chính hay dự phòng trong các xí nghiệp, nhà xưởng, văn phòng cao ốc, bệnh viện, mạng lưới viễn thông… Cũng như các sản phẩm của nền công nghiệp hiện nay, máy phát điện được tích hợp các hệ thống điều khiển tự động ngày càng nhiều. Yêu cầu đặt ra đối với động cơ kéo máy phát điện là tiêu hao nhiên liệu thấp, giảm tiếng ồn, hoạt động lâu dài và ổn định. Hệ thống nhiên liệu common rail là một trong số những hệ thống được khách hàng quan tâm hiện nay khi mua máy phát điện vì những lợi ích mà nó mang lại khi sử dụng như: tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường, công suất lớn, giảm tiếng ồn trong động cơ. Việc nghiên cứu hệ thống nhiên liệu common rail sẽ giúp chúng ta nắm bắt những kiến thức cơ bản để nâng cao hiệu quả khi sử dụng, khai thác, sữa chữa và cải tiến chúng. Ngoài ra nó còn góp phần xây dựng các nguồn tài liệu tham khảo phục vụ nghiên cứu trong quá trình học tập và công tác..
2.2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
2.2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel.
Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel có những nhiệm vụ sau:
1. Chứa nhiên liệu dự trữ, đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong một khoảng thời gian quy định.
2. Lọc sạch nước và các tạp chất cơ học có lẫn trong nhiên liệu.
3. Cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết cho mỗi chu trình ứng với chế độ làm việc quy định của động cơ.
4. Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xy lanh theo trình tự làm việc quy định của động cơ.
5. Cung cấp nhiên liệu vào xy lanh động cơ đúng thời điểm theo một quy luật đã định.
6. Phun tơi và phân bố đều nhiên liệu vào thể tích môi chất trong buồng cháy, bằng cách phối hợp chặt chẽ hình dạng kích thước và phương hướng của các tia nhiên liệu với hình dạng buồng cháy và cường độ vận động của môi chất trong buồng cháy.
Diễn biến chu trình công tác của động cơ diesel chủ yếu phụ thuộc vào tình hình hoạt động của thiết bị cung cấp nhiên liệu. Tốc độ toả nhiệt của nhiên liệu và dạng đường cong của áp suất môi chất công tác trong quá trình cháy biến thiên theo góc quay trục khuỷu chủ yếu phụ thuộc vào những yếu tố sau:
- Thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu (tức là góc phun sớm).
- Biến thiên của tốc độ phun (tức là quy luật cấp nhiên liệu ).
- Chất lượng phun (thể hiện bằng mức phun nhỏ và đều).
- Sự hoà trộn giữa nhiên liệu với khí nạp trong buồng cháy.
- Thời gian cung cấp nhiên liệu kéo dài 20¸45 độ góc quay trục khuỷu (tức là khoảng 0,0033¸0,0075 [s]). Trong khoảng thời gian đó áp suất nhiên liệu từ 0,15¸0,2 [MN/m2]. Trong đường dẫn nhiên liệu tới vòi phun, trong vòi phun áp suất tăng lên tới mấy chục [MN/m2]. Áp suất phun nhiên liệu cao như vậy là nhằm đảm bảo yêu cầu phun nhỏ và đều, đồng thời nhằm đảm bảo cấp nhiên liệu vào xy lanh động cơ với một tốc độ cần thiết.
Áp suất phun nhiên liệu nhỏ nhất cần đảm bảo yêu cầu phun nhỏ và đều của nhiên liệu, nó phụ thuộc vào cấu tạo vòi phun và cường độ vận động xoáy lốc của môi chất trong buồng cháy khi phun nhiên liệu. Trên thực tế thường không nhỏ hơn 10[MN/m2] áp suất phun nhiên liệu lớn nhất thường không vượt quá 40¸50 [MN/m2], vì lớn hơn nữa sẽ gây ra những khó khăn không cần thiết về mặt công nghệ chế tạo, ảnh hưởng xấu tới tuổi thọ của bơm cao áp và vòi phun, mặc dầu về mặt chất lượng phun có được cải thiện chút ít.
Cấu tạo của hệ thống nhiên liệu của động cơ Diesel phải thoả mãn những yêu cầu cơ bản sau:
1. Bền và có độ tin cậy cao.
2. Dễ chế tạo, giá thành chế tạo rẻ.
3. Dễ dàng và thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sữa chữa.
2.2.2 Đặc điểm hình thành hòa khí trong động cơ diesel:
Quá trình hình thành hòa khí trong động cơ diesel có hai đặc điểm chính sau:
....................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................
Hình 2-1 Một số buồng cháy động cơ Diesel
a,d: Buồng cháy thống nhất. b,e,f : Buồng cháy khoét sâu. c : Buồng cháy không khí.
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. Dưới đây là các kiểu hình thành hoà khí trong buồng cháy.
2.2.2.1. Hình thành kiểu màng trực tiếp.
- Hình thành hoà khí kiểu màng dựa trên kết quả phối hợp giữa dòng chảy xoáy lốc của môi chất với màng nhiên liệu được tráng trên thành buồng cháy. Hơi nhiên liệu từ màng bay hơi lên cuốn theo dòng khí xoáy lốc tạo thành hoà khí; chất lượng của hoà khí phụ thuộc và nhiệt độ của thành buồng cháy và diện tích màng nhiên liệu được tráng trên thành. Nguyên tắc hình thành hoà khí kiểu màng được kỹ sư Meurer của hãng MAN sáng chế, vì vậy còn được gọi là quá trình M.
- Buồng cháy phần lớn có dạng hình cầu, cá biệt có dạng elip tròn xoay, nên còn có tên là buồng cháy hình cầu. Tuy nhiên việc hình thành hoà khí cũng như quá trình cháy không giống như các loại buồng cháy khoét sâu trên đỉnh piston thông thường.
* Đặc điểm quan trọng nhất của quá trình M:
- Là dùng vòi phun có một hoặc hai lỗ phun, nhiên liệu được phun thuận chiều dòng xoáy và tiếp tuyến với thành buồng cháy như ở hình vẽ 2.2. Nhờ tác dụng của dòng xoáy mạnh, nhiên liệu được tráng đều trên thành buồng cháy tạo ra màng mỏng. Nhiệt độ thành buồng cháy được giữ nhất định, điều khiển tốc độ bay hơi của nhiên liệu.
.......................................................................................................
Hình 2-2 Quá trình M
C: Màng nhiên liệu
* Đặc tính của quá trình M :
- Một ít nhiên liệu được hình thành hoà khí theo kiểu không gian tự bốc cháy, sau đó châm cháy số hoà khí hình thành từ màng. Do số hoà khí được chuẩn bị trong thời kỳ cháy trễ tương đối ít nên động cơ chạy êm, không có hiện tượng gõ máy do tính tự cháy kém của nhiên liệu làm tăng thời gian cháy trễ gây ra, nên động cơ có thể dùng nhiều loại nhiên liệu. Chỉ số xê-tan rất thấp nên phải tăng tỉ số nén và phải dùng hệ thống phun thích hợp.
Dưới tác dụng của dòng khí lướt qua bề mặt màng, tầng tầng lớp lớp nhiên liệu được cuốn theo dòng khí tạo thành hoà khí. Một phần nhiên liệu được phun vào không gian, có nhiệt độ cao với thành phần hoà khí thích hợp sẽ tự bốc cháy trước tạo nên nguồn lửa châm cháy số hoà khí được hình thành từ màng nhiên liệu. Trong khi cháy thì nhiệt độ môi chất tăng dần càng làm tăng tốc độ bay hơi của nhiên liệu và tốc độ hình thành hoà khí. Nhờ tác dụng của hiện tượng của “hoà khí nóng” phần hoà khí đã cháy đi vào tâm buồng cháy, còn phần không khí thì từ tâm buồng cháy dần dần đi ra phía thành làm tăng tốc độ hình thành hoà khí .
- Do phần lớn nhiên liệu được bay hơi từ màng, không có hiện tượng nhiên liệu bị phân giải ở nhiệt độ cao do thiếu ôxy nên giảm hàm lượng muội than trong khí xả, mặt khác thì hệ số sử dụng không khí khi cháy rất lớn, ở chế độ thiết kế có thể dùng a = 1,05.
2.2.2.2. Hình thành kiểu thể tích.
- Hình thành hoà khí kiểu thể tích là cách phun tơi nhiên liệu vào hầu khắp không gian buồng cháy để các hạt nhiên liệu được sấy nóng, bay hơi và hoà trộn đều với không khí tạo ra hoà khí.
....................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................
4 Bar ở tốc độ động cơ 4200 v/phút
Nhiệt độ max : 105 [oC].
Dầu bôi trơn chứa trong cácte (1) được bơm dầu hút qua phao hút (2) đi đến bầu lọc dầu (4). Tại bầu lọc, dầu bôi trơn được lọc sạch tạp chất và tách nước. Sau đó dầu được đẩy vào đường dầu chính trong thân động cơ đi đến bôi trơn các bề mặt ma sát. Từ đường dầu chính dầu được dẫn vào bôi trơn các cổ trục khuỷu (3), rồi từ cổ trục khuỷu dầu theo lỗ dầu trong trục khuỷu đến bôi trơn các chốt khuỷu. Trên đường dầu chính còn có các đường dầu đi bôi trơn trục tuabin (6), cổ trục cam (9). Ngoài ra, để bôi trơn bề mặt làm việc của xylanh - piston và làm mát piston, người ta bố trí một vòi phun dầu (8) từ đường dầu chính cho mỗi xylanh - piston động cơ
Khi nhiệt độ dầu lên cao quá 80 [oC], độ nhớt của dầu giảm sút, van két làm mát dầu sẽ mở cho dầu đi qua két làm mát và dầu được làm mát bằng nước làm mát của động cơ. Khi bầu lọc dầu bị tắc thì van an toàn sẽ mở để cho dầu đi thẳng vào đường dầu chính. Trên đường dầu chính người ta mắc một van làm việc ở áp suất 2 [bar], van này có tác dụng đảm bảo cho áp suất của dầu bôi trơn trong hệ thống có trị số không đổi.
....................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................
Hình 3-21 Sơ đồ hệ thống tăng áp động cơ IVECO NEF 60TE2
Năng lượng khí thải của động cơ sinh công làm quay tuabin. Máy nén được nối đồng trục với tuabin nên máy nén quay cùng số vòng quay với tuabin. Không khí ngoài trời có áp suất po được máy nén hút qua bầu lọc khí. Không khí sau khi qua máy nén được nén lên áp suất pk (pk > po ) trước khi đưa vào hệ thống nạp trong xi lanh của động cơ. Như vậy, không khí cung cấp cho động cơ là không khí tăng áp.
Sau khi qua máy nén áp suất pk và nhiệt độ tk của không khí nén đều tăng cao. Nếu tk tăng sẽ làm giảm lưu lượng không khí nạp vào xilanh và tăng ứng suất nhiệt của động cơ nên không khí sau khi qua máy nén trước khi đưa vào xilanh động cơ phải qua két làm mát.
Như vậy, nhờ có bộ tuabin tăng áp làm tăng lượng không khí nạp cũng như lượng nhiên liệu cấp cho chu trình của động cơ nên cải thiện được quá trình cháy. Nhờ vậy công suất của động cơ tăng và giảm được thành phần các chất độc hại có trong khí xả.
b. Cấu tạo tuabin.
Cấu tạo tuabin gồm: vỏ tuabin, trong vỏ có bánh công tác. Do phần tuabin luôn tiếp xúc với khí xả có nhiệt độ cao, có các tạp chất ăn mòn nên vỏ tuabin được đúc bằng gang chịu nhiệt. Phần rôto tuabin có nhiều cánh dẫn, được hàn liền trên trục rôto. Khí thải từ động cơ đi vào vỏ tuabin qua ống phun để tác động lên các cánh dẫn làm quay rôto tuabin. Trục rôto tuabin được gối trên bạc chặn và bạc đỡ ở hai đầu máy nén và tuabin. Tốc độ quay của trục rôto tuabin rất lớn, tốc độ cực đại của tuabin là 12800 (v/phút). Vì vậy, giữa bạc và trục được bôi trơn bằng dầu cấp từ động cơ. Kết cấu bộ tuabin thể hiện trên hình 3-22
.......................................................................................................
Hình 3-22 Cấu tạo của bộ tuabin tăng áp
1- Vỏ máy nén; 2- Cánh công tác máy nén; 3- Thân turbo; 4- Bạc lót; 5- Thân tuabin, 6- Cánh tuabin.
Bạc: Do cánh tuabin và cánh nén quay ở tốc độ rất lớn nên các bạc được lắp theo kiểu lắp lỏng hoàn toàn để đảm bảo hấp thụ các rung động từ trục, bôi trơn trục và bạc. Các ổ bạc này được bôi trơn bằng dầu động cơ và quay tự do giữa trục và vỏ để tránh kẹt ở tốc độ cao. Dầu động cơ không bị rò rĩ nhờ các phớt làm kín dầu lắp trên trục. Bạc được chế tạo từ hợp kim đồng và graphít.
Vỏ giữa: Vỏ giữa đỡ cánh tuabin và cánh nén thông qua trục và các ổ bạc. Bên trong vỏ có chế tạo các khoang trống và các rãnh dầu bôi trơn tuần hoàn trong các khoang và rãnh này bôi trơn cho tuabin.
.......................................................................................................
Hình 3-23 Cấu tạo vỏ giữa.
1- Gối đỡ; 2- Lỗ hồi dầu về catte; 3- Vỏ; 4- Đường dầu vào bôi trơn.
Đặc điểm kết cấu của các bộ phận trong tuabin:
Vỏ tuabin: Vỏ tuabin có kết cấu hình xoắn ốc, bao gồm khoang cửa vào tiếp nhận sản vật cháy từ các xi lanh động cơ, hướng sản vật cháy đi vào vuông góc với trục quay. Khoang cửa ra tiếp nhận sản vật cháy sau khi làm nhiệm vụ sinh công làm quay trục tuabin và thải ra ngoài. Vỏ tuabin được đúc bằng gang chịu nhiệt.
Ống phun: Khí thải trong các xi lanh động cơ được thải ra với áp suất và nhiệt độ cao (thế năng cao) được lưu thông qua ống phun. Tại đây, áp suất và nhiệt độ của dòng khí giảm xuống, dòng khí ra khỏi ống phun có tốc độ lớn (động năng của dòng khí lớn). Ống phun là ống tăng tốc có tiết diện nhỏ dần có tác dụng chuyển áp năng của sản vật cháy thành động năng của dòng khí theo hướng nhất định. Trên vành miệng phun có gắn các cánh hình chêm gắn cố định lên chu vi của vành bánh tĩnh, tạo nên các đường thông đều nhỏ dần.
Bánh công tác: Bánh cánh hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao của sản vật cháy, tốc độ lớn, liên tục nhận xung lực của sản vật cháy có tính ăn mòn mạnh, nên bánh công tác là chi tiết chịu tác dụng lớn nhất về lực, về nhiệt, về dao động và ăn mòn trong tuabin. Bánh công tác của trục tuabin được tạo nên bởi nhiều cánh phân bố đều trên đĩa quay, tạo nên nhiều rãnh thông nhỏ hướng sản vật cháy đi vào các rãnh trên bánh cánh, từ phía đường kính ngoài sau đó dần chuyển theo hướng trục đi ra khỏi bánh công tác. Các cánh và đĩa của bánh công tác được đúc chính xác thành một chi tiết. Đĩa bánh công tác là chi tiết được rèn rồi gia công. Có nhiều phương pháp gia công, thân cánh có thể dùng công nghệ phay, sau đó ép lăn, đánh bóng, chân cánh có thể phay hoặc chuốt.
Trục quay là chi tiêt trên đó được lắp bánh công tác của tuabin và bánh công tác của máy nén. Trục được tỳ lên các bạc đỡ để thực hiện việc truyền mômen từ bánh công tác của tuabin đến bánh công của máy nén để tăng lượng khí nạp cho động cơ. Bánh công tác tuabin và trục quay được lăp ghép theo mối liên kết hàn liền thành một chi tiết được gọi là trục rôto tuabin, còn bánh công tác máy nén lắp vào trục được hãm bởi êcu đầu trục.
3.2 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL TRÊN ĐỘNG CƠ IVECO NEF 60TE2.
3.2.1. Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu động cơ IVECO NEF 60TE2.
Trên động cơ IVECO NEF 60TE2 sử dụng hệ thống nhiên liệu tích áp common rail. Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhiên liệu động cơ được thể hiện trên hình 3-24
.......................................................................................................
Hình 3-24 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ IVECO NEF 60TE2
1-Bơm cao áp; 2- van giảm áp trên bơm cao áp; 3- van giảm áp trên đường dầu hồi; 4- van giới hạn áp suất; 5- Ống phân phối nhiên liệu; 6- cảm biến áp suất;
7- Vòi phun nhiên liệu; 8- Đường nhiên liệu hồi; 9- bộ làm mát ECU; 10- Bơm tay; 11- lọc sơ cấp; 12- Thùng nhiên liệu; 13- Bơm chuyển nhiên liệu; 14- lọc nhiên liệu; 15- Bộ điều chỉnh áp suất; 16- Đường nhiên liệu làm mát bơm cao áp; 17,18 - van một chiều
Nguyên lý làm việc:
Trên hình 3-24 thể hiện sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống nhiên liệu common rail trên động cơ IVECO NEF 60TE2. Nhiên liệu được bơm cung cấp (13) đẩy đi từ thùng nhiên liệu (12) trên đường ống thấp áp qua bầu lọc thô (11), đi qua hệ thống làm mát cho ECU và EDC đến bơm cao áp (1). Bộ ổn định áp suất (15) được bố trí trước đường vào bơm cao áp để kiểm soát lượng nhiên liệu trước khi vào bơm. Bộ ổn định áp suất (15) thực chất là một van điện từ được được điều khiển từ EDC có tác dụng ngắt đường nhiên liệu vào bơm cao áp khi áp suất trong mạch vượt quá giới hạn, Van giảm áp (2) được lắp trên bơm cao áp có nhiệm vụ giữ cho áp suất nhiên liệu vào bơm cao áp không đổi ở 5 bar, bằng cách khi áp suất vượt quá 5 Bar thì van giảm áp (2) mở cho nhiên liệu về theo đường hồi (8) hoặc vào làm mát bơm cao áp (1) theo đường (16).
Bơm cao áp (1) có nhiệm vụ tạo ra nhiên liệu áp suất cao (lên đến 1400 bar) nén và đẩy vào ống phân phối nhiên liệu (5), sau đó được đưa đến vòi phun (7) sẵn sàng phun vào xylanh động cơ. Việc tạo ra áp suất và phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau trong hệ thống. 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, thời điểm phun cũng như lượng nhiên liệu phun được tính toán bằng EDC, sau đó ECD sẽ điều khiển các kim phun của các vòi phun tại mỗi xylanh động cơ nhờ thông tin từ các cảm biến. Lượng nhiên liệu phun vào động cơ được điều khiển từ EDC bằng cách thay đổi thời gian mở kim phun trong khi áp suất phun được giữ không đổi. Nhiên liệu thừa của vòi phun được đưa trở về lọc rồi về thùng chứa. Trên ống phân phối có gắn cảm biến áp suất (6) và van giới hạn áp suất (8), nếu áp suất tích trử trong ống phân phối (5) lớn quá giới hạn thì van giới hạn áp suất sẽ mở để nhiên liệu về thùng chứa.
3.2.2. Đặc tính phun nhiên liệu động cơ IVECO NEF 60TE2:
3.2.2.1 Đặc tính phun nhiên liệu Diesel thường
Với hệ thống phun kiểu cũ dùng bơm phân phối hay bơm thẳng hàng, việc phun nhiên liệu chỉ có một giai đoạn gọi là giai đoạn phun c
....................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................
3.3.2.6.2 Cảm biến áp suất khí nạp:
Đây là loại áp kế điện (Cảm biến chân không). Loại cảm biến này dựa trên nguyên lý cầu Wheaston. Mạch cầu được sử dụng trong thiết bị nhằm tạo ra một điện thế phù hợp với sự thay đổi của điện trở.
Cảm biến bao gồm 1 tấm silicon mỏng hai mặt được phủ thạch anh để tạo thành điện trở áp điện. Các điện trở mắc với điện trở áp điện tạo thành mạch cầu Wheastone. Cảm biến áp suất khí nạp được nối với EDC thông qua chân cắm số 9C-33C như sơ đồ hình 3-63
.......................................................................................................
Hình 3-63 Sơ đồ mạch cảm biến áp suất khí nạp:
Khi áp suất trong đường ống nạp thay đổi, giá trị điện trở áp điện sẽ thay đổi, nhờ mạch cầu Wheastone biến sự thay đổi điện trở thành sự thay đổi điện áp và báo về EDC qua chân PIM. Điện áp sử dụng ở đây là 5V. Mối quan hệ giữa áp suất và điện áp như hình 3-64
.......................................................................................................
Hình 3-64 Mối quan hệ giữa áp suất khí nạp và điện áp ra của cảm biến áp suất khí nạp
3.3.2.7 Bộ điều khiển EDC7
.......................................................................................................
Hình 3-65 Bộ điều khiển EDC7
Như đã trình bày trên, căn cứ vào tín hiệu gởi về từ các cảm biến, hệ thống xử lý so sánh với các thông tin đã được lập trình sẵn trong bộ nhớ và xác định các thông số đầu ra để điều khiển các bộ phận chấp hành, đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu cho động cơ.
Sơ đồ kết nối giữa EDC và vòi phun qua cổng A, và kết nối với cảm biến qua cổng C sơ đồ như hình 3-66
.......................................................................................................
Hình 3-66 Sơ đồ kết nối giữa EDC với vòi phun và cảm biến.
1- giắc kết nối của vòi phun số 1 và 2; 2- giắc kết nối của vòi phun số 3 và 4; 3- giắc kết nối của vòi phun số 5 và 6; 4- kết nối với cảm biến tốc độ động cơ; 5- Kết nối với cảm biến vị trí truc cam; 6- cảm biến áp suất và nhiệt độ dầu bôi trơn; 7- cảm biến nhiệt độ dấu bôi trơn; 8- cảm biến nhiệt độ hệ thống làm mát; 9- cảm biến áp suất và nhiệt độ khí nạp sau tuabin; 10- Cảm biến áp suất nhiên liệu; 11- van ổn định áp suất; 12- EDC
EDC được kết nối với Hộp đấu nối thông qua cổng C có sơ đồ như hình 3-67
.......................................................................................................
Hình 3-67 Sơ đồ kết nối giữa EDC với Hộp đấu nối
Trong đó:
BAT: Nguồn điện từ bình điện
M : Động cơ khởi động
G: máy phát điện để nạp cho acpuy
RFC: bộ sấy nóng nhiên liệu
TPAC: bộ báo tín hiệu lượng nước có trong bầu lọc
TBLA: bộ báo thiếu lượng nước làm mát
TBPO: công tắc báo lượng dầu bôi trơn không đủ
TTA: bộ phát tín hiệu nhiệt độ nước làm mát
TCE: Bộ phát tín hiệu không có nhiên liệu
TBLC: Bộ báo lượng nhiên liệu
TS: Bộ điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát
TATA: Bộ báo nhiệt độ động cơ
SI: Mạch đấu nối
Quá trình điều khiển EDC này điều khiển thời gian và lượng nhiên liệu phun chính xác vào động cơ. EDC thực hiện những tính toán cần thiết dựa vào những tín hiệu nhận được từ các cảm biến. Sau đó EDC điều khiển khoảng thời gian dòng tác dụng lên các vòi phun để đạt thời gian và lượng phun nhiên liệu tối ưu.
Các loại điều khiển phun nhiên liệu như sau :
+ Điều khiển lượng phun nhiên liệu : Hiệu chỉnh tín hiệu tốc độ động cơ (NE) và tải trọng.
....................................................................................................................
....................................................................................................................
...................................................
5. TÌM HIỂU CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ SỮA CHỬA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
5.1. CÁC DẠNG HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP Ở HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU.
5.1.1. Các hư hỏng bơm cao áp.
Cặp piston-xylanh bơm cao áp bị mòn : do có lẫn tạp chất cơ học có trong nhiên liệu tạo ra các hạt mài, khi piston chuyển động trong xylanh các hạt mài này gây mòn piston-xylanh. Trong quá trình làm việc cặp piston-xylanh bơm cao áp thường bị mòn và cào xước bề mặt ở các khu vực cửa nạp, cửa xả của xylanh, và cạnh đỉnh piston. Do điều kiện làm việc của piston-xylanh bơm cao áp chịu áp lực cao, mài mòn... , nên trong hành trình nén áp lực dầu tác dụng lên các phần trên đầu piston không cân bằng gây ra va đập. Điều đó làm cho phần đầu piston và xylanh mòn nhiều nhất. Khi piston-xylanh mòn làm áp suất nhiên liệu trong thời kỳ nén nhiên liệu giảm, áp suất nhiên liệu đưa đến vòi phun không đúng giá trị qui định gây ảnh hưởng đến chất lượng phun nhiên liệu. Lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình giảm, động cơ không phát huy được công suất, suất tiêu hao nhiên liệu tăng.
5.1.2. Các hư hỏng của vòi phun.
Lỗ phun bị tắc hoặc giảm tiết diện : do trong quá trình sử dụng muội than bám vào đầu vòi phun làm tắc lỗ phun. Trong nhiên liệu và quá trình cháy tạo ra các axít ăn mòn đầu vòi phun làm ảnh hưởng đến chất lượng phun.
Kim phun mòn : tăng khe hở phần dẫn hướng làm giảm áp suất phun, lượng nhiên liệu hồi tăng lên giảm lượng nhiên liệu cung cấp vào buồng cháy. Công suất động cơ giảm.
Lò xo van điện từ bị giãn : Khi đó chỉ cần một lực nhỏ cũng có thể nâng được kim phun lên. Do đó nhiên liệu phun vào buồng cháy không tơi, nhỏ giọt. Động cơ không khởi động được, khi động cơ làm việc thì công suất không cao, động cơ hoạt động có khói đen.
Kẹt kim phun : Do nhiệt độ từ buồng cháy truyền ra làm cho kim phun nóng lên và giãn nở. Do sự giãn nở không đồng đều làm tăng ma sát giữa kim phun và phần dẫn hướng làm kim phun khó di chuyển.
5.1.3. Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu.
Lõi lọc quá cũ, bẩn gây mất chức năng lọc dẫn đến tắc lọc. Cặn bẩn, tạp chất nhiều trong cốc lọc gây tắc lọc giảm tính thông qua của lọc.
....................................................................................................................
....................................................................................................................
...................................................
5.3.2 Chẩn đoán hệ thống điều khiển điện tử bằng máy quét mã lỗi scaner
5.3.2.1. Giới thiệu về máy quét mã lỗi scaner động cơ iveco NEF 60TE2:
Máy quét mã lỗi scaner sử dụng là lọai máy PT-01 do nhà sản xuất cung cấp có chức năng:
- Đọc lỗi, xoá lỗi hộp EDC động cơ
- Hiển thị các dữ liệu hiện thời của các cảm biến
- Kích hoạt và kiểm tra các cơ cấu chấp hành thông qua hộp EDC (Như ngắt vòi phun, ,...) để chẩn đoán tình trạng các cơ cấu chấp hành.
- Can thiệp trực tiếp vào EDC để reset lại hộp điều khiển.
- Cho phép ghi lại các dữ liệu để phân tích và in kết quả kiểm tra.
- Chức năng đo xung sóng và đồng hồ đo vạn năng
- Đo xung trên 04 kênh đo đồng thời.
- Chụp lại dạng xung để phân tích
- Cho phép liên kết với các thiết bị ngoại vi mở rộng tính năng hoạt động như: tín hiệu xung phun, cảm biến trục cơ, nhiệt độ, áp suất, đo dòng điện lớn…
- Kết nối với thiết bị phân tích khí xả
.......................................................................................................
Hình 5-1 Máy quét mã lỗi PT-01
1- Cổng kết nối với EDC động cơ; 2-Các đèn tín hiệu kiểm tra; 3- Đèn báo USB;
4- Đèn báo cổng nối tiếp; 5- Nguồn cung cấp cho máy
5.3.2.1. Phương pháp sử dụng máy quét mã lỗi scanner PT-01:
Kết nối thiết bị scanner với động cơ qua cổng (1) gồm có 19 chân và kết nối với động cơ thông qua hộp đấu nối interface board trên cổng J1.
Máy quét được cung cấp nguồn trực tiếp qua cổng kết nối với động cơ và cấp nguồn từ EDC. Trong trường hợp động cơ không khởi động được và sử dụng lâu dài ta có thể cấp nguồn 12V cho máy qua cổng số (5). Sau khi đã kết nối thành công thiết bị scanner sẽ hiển thị màn hình ứng dụng như sau:
....................................................................................................................
....................................................................................................................
...................................................
5.4.3. Bảo dưỡng kỹ thuật theo mùa
Cần xả hết cặn trong thùng chứa dầu, rồi làm vệ sinh thùng. Tháo vòi phun và hiệu chỉnh áp suất nâng kim phun và sự đồng đều trên các xilanh, trên máy chuẩn đoán PT-01.
5.4.4. 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...
Hỏng mạch điều khiển trục bơm làm cho trục bơm luôn luôn ở vị trí cấp nhiên liệu quá thấp hoặc quá cao.
Các van điện từ ngưng làm việc, rơ-le không làm việc, đường truyền bị ngắt mạch, điện áp cung cấp không chính xác bộ ổn áp không làm việc.
Trong mạch điều khiển này, hư hỏng chủ yếu là các cảm biến các đường truyền do đó để khắc phục hư hỏng này ta dùng máy chuẩn đoán PT-01 kết nối vào cổng giao tiếp.
6. KẾT LUẬN
Sau khi khảo sát hệ thống nhiên liệu Common Rail lắp trên động cơ IVECO NEF 60TE2 thì trên cơ sở lí thuyết ta thấy rằng: Sử dụng hệ thống Common Rail cho động cơ nói chung là rất có lợi không những về kinh tế mà còn làm giảm rõ rệt mức độ ô nhiễm môi trường so với động cơ Diesel nguyên thủy.
Động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail có các đặc điểm sau: Khả năng tạo hơi nhiên liệu tốt vì phun nhiên liệu với áp suất cao khoảng 1400 bar, các sản vật cháy ít độc hại hơn nhiều lần so với hệ thống nhiên liệu Diesel bình thường, vì quá trình cháy hoàn thiện hơn. Ngoài sự ưu việt về mặt môi trường động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail còn các ưu điểm khác: Động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail có đặc điểm là tồn trữ nhiên liệu ở áp suất cao khi sử dụng phun ở áp suất cao hơn, nên nhiên liệu cháy hoàn toàn, không tạo ra các sản phẩm phụ khác, ít tạo khói, ít tạo ra muội than và khói thấp hơn động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Diesel bình thường nên cải thiện rất nhiều vấn đề ô nhiễm không khí.
Đối với hệ thống Common Rail lượng khí nạp được cảm biến lưu lượng khí nạp nhận giá trị và đưa về EDC, EDC nhận giá trị này cùng với các giá trị từ các cảm biến khác gởi về xử lí và cho ra một lượng nhiên liệu chu trình thích hợp cho từng chế độ tốc độ của đông cơ. do lượng phun được điều khiển chính xác bằng EDC theo sự thay đổi về tốc độ động cơ và tải trọng nên có thể phân phối đều đến từng xylanh. Mặt khác, tỷ lệ khí - nhiên liệu có thể điều khiển tự do (vô cấp) nhờ EDC bằng việc thay đổi thời gian hoạt động của vòi phun (khoảng thời gian phun nhiên liệu). Vì thế hỗn hợp khí - nhiên liệu được phân phối đều đến tất cả các xylanh và tạo ra được tỷ lệ tối ưu. Chúng có ưu điểm trong cả việc kiểm xoát khí xả lẫn tính năng phát huy về công suất. Do đó có thể cấp hỗn hợp khí - nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh.
Xét về mức độ phát ô nhiễm thì hệ thống có đặc tính là không độc, đặc tính phun được cải thiện với đặc điểm phun hai lần là phun sơ khởi và phun chính có tác dụng không ồn và giảm được độ độc hại của khí thải. Ngoài ra còn có giai đoạn phun thứ cấp được thực hiện nhờ hệ thống luân hồi khí xả có tác dung làm giảm nồng độ NOx trong khí thải, các sản phẩm cháy ít độc hại hơn nhiều lần so với động cơ Diesel cổ điển.
Về suất tiêu hao nhiên liệu thì ở động cơ sử dụng hệ thông nhiên liệu Common Rail, việc phun nhiên liệu được điều khiển tự động hoàn toàn bằng điện tử.
Như vậy với hệ thống Common Rail quá trình cháy của động cơ được cải thiện đáng kể, tăng tính kinh tế nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu suất của động cơ. Do đó việc áp dung hệ thống Common Rail trên động cơ Diesel là đề tài đang được quan tâm nghiên cứu để đưa vào sử dụng trong thực tế bởi vì ô nhiễm môi trường và sự cạn kiệt nhiên liệu đang là vấn đề cấp bách trên toàn cầu. Đặc biệt ngày nay nền công nghiệp ngày càng phát triển, yêu cầu về nguồn điện bổ xung ngày càng lớn do đó nghành công nghiệp sản xuất máy phát điện cũng đang phát trên mạnh. Việc nghiêng cứu ứng dụng các loại động cơ mới vào máy phát điện cũng rất quan trọng, Đặc biệt là hệ thống nhiên liệu common rail có khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường.
Sau 15 tuần làm đồ án tốt nghiệp với sự nổ lực tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn:...................., đến nay em đã hoàn thành nhiệm vụ khảo sát đề tài tốt nghiệp được giao, đề tài đã giúp em hiểu thêm về tính năng và kết cấu của hệ thống nhiên liệu Common Rail lắp trên động cơ Diesel.
Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu, do thời gian và khả năng hiểu biết còn hạn chế nên trong quá trình khảo sát không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự lượng thứ và đóng góp ý kiến bổ sung của các thầy cô giáo.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Cơ Khí Giao Thông, đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo:...................., đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
.........., ngày ...... tháng ..... năm 20.......
Sinh viên thực hiện
............................
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Văn Bình, Nguyễn Tất Tiến. ”nguyên lý động cơ đốt trong”. Nhà xuất bản giáo dục, năm 2003.
[2]. Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến. ”Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong”, tập 3. Nhà xuất bản giáo dục, năm 1996.
[3]. 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.
[4]. TS.Dương Việt Dũng. ”Giáo trình môn học kết cấu động cơ đốt trong”. Đà Nẵng, năm 2007.
[5]. TS.Trần Thanh Hải Tùng. ”Giáo trình môn học tính toán động cơ đốt trong”. Đà Nẵng, năm 2007.
[6]. Công ty IVECO Italia. ”Catalog động cơ IVECO NEF 60TE2”. Italia 2007.
[7]. Các trang web :
http://www.bosch.com
http://www.kfztech.de/
http://www.kfztech.de/kfztechnik/motor/diesel/commonrail.htm
http://www.sae.org/automag/techbriefs_11-99/06.htm
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"