Tài liệu Nghiên cứu thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

  • Số trang: 73 |
  • Loại file: DOC |
  • Lượt xem: 129 |
  • Lượt tải: 0

Mô tả:

Kỹ sư người Đức có tên là Rodlf Diesel đăng ký bằng sáng chế đầu tiên về loại động cơ phun dầu, sau này được mang tên ông vào những năm 1892. Từ đó đến nay loại động cơ này đã có được rất nhiều cải tiến để đến sự hoàn thiện vào những năm đầu thập niên 70 của thế kỷ XX. Từ ban đầu khi động cơ này ra đời, hầu như tất cả các hệ thống đều được điều khiển bằng cơ khí nên công suất động cơ, tiêu hao nhiên liệu, các chế độ hoạt động của động cơ chưa được hoàn thiện trong quá trình sử dụng và gây rất nhiều khó khăn cho người sử dụng. Do đó với cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật ra đời vào những năm 50, 60 của thế kỷ XX đã có tác dụng tích cực làm thay đổi khả năng tự động điều khiển của động cơ, với sự trợ giúp chủ yếu của các cảm biến, các bộ xử lý và các bộ thừa hành làm cho quá trình điều khiển động cơ thích ứng với điều kiện làm việc nhanh hơn và chính xác hơn rất nhiều so với các hệ thống điều khiển cơ khí, thuỷ lực thường dùng trước đây. Trước sự phát triển đó hệ thống nhiên liệu, loại trừ các cơ cấu điều khiển cơ khí mà thay vào đó hệ thống điều khiển điện tử thuộc thế hệ mới góp phần cải tiến, điện tử hoá các cơ cấu, nâng cao tính kinh tế, giảm ô nhiễm môi trường và đơn giản hoá trong quá trình điều khiển. 1.2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 1.2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel  Nhiệm vụ : - Dự trữ nhiên liệu: Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 1. TỔNG QUAN VỀ 1.1. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ DIESEL Kỹ sư người Đức có tên là Rodlf Diesel đăng ký bằng sáng chế đầu tiên về loại động cơ phun dầu, sau này được mang tên ông vào những năm 1892. Từ đó đến nay loại động cơ này đã có được rất nhiều cải tiến để đến sự hoàn thiện vào những năm đầu thập niên 70 của thế kỷ XX. Từ ban đầu khi động cơ này ra đời, hầu như tất cả các hệ thống đều được điều khiển bằng cơ khí nên công suất động cơ, tiêu hao nhiên liệu, các chế độ hoạt động của động cơ chưa được hoàn thiện trong quá trình sử dụng và gây rất nhiều khó khăn cho người sử dụng. Do đó với cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật ra đời vào những năm 50, 60 của thế kỷ XX đã có tác dụng tích cực làm thay đổi khả năng tự động điều khiển của động cơ, với sự trợ giúp chủ yếu của các cảm biến, các bộ xử lý và các bộ thừa hành làm cho quá trình điều khiển động cơ thích ứng với điều kiện làm việc nhanh hơn và chính xác hơn rất nhiều so với các hệ thống điều khiển cơ khí, thuỷ lực thường dùng trước đây. Trước sự phát triển đó hệ thống nhiên liệu, loại trừ các cơ cấu điều khiển cơ khí mà thay vào đó hệ thống điều khiển điện tử thuộc thế hệ mới góp phần cải tiến, điện tử hoá các cơ cấu, nâng cao tính kinh tế, giảm ô nhiễm môi trường và đơn giản hoá trong quá trình điều khiển. 1.2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 1.2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel  Nhiệm vụ : HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL - Dự trữ nhiên liệu: Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định, giúp nhiên liệu chuyển động thông thoáng trong hệ thống. - Cung cấp nhiên liệu cho động cơ : đảm bảo tốt các yêu cầu : + Lượng nhiên liệu 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 liêu vào các xylanh phải đồng đều. Phải phun nhiên liệu vào xylanh qua lỗ phun nhỏ với chênh áp lớn phía trước và lỗ phun, để nhiên liệu được xé tơi tốt. - Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa số lượng và 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 mỗi chất trong buồng cháy để hoà khí được hình thành nhanh và đều.  Yêu cầu : Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel phải thoả 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. - Nhiên liệu diesel phải rất sạch không chứa tạp chất và nước. - Nhiên liệu phải có trị số Cetanne cao (40 – 55) đốt cháy ngay khi nó được phun vào buống đốt, không tồn đọng nhiên liệu và kết quả là động cơ chạy êm. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 1.2.2. Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel Đặc điểm khác biệt của động cơ diesel so với động cơ xăng là địa điểm và thời gian hình thành hỗn hợp nổ. Trong động cơ xăng, hoà khí bắt đầu hình thành ngay từ khi xăng được hút khỏi vòi phun vào đường nạp (động cơ dùng bộ chế hoà khí) hoặc được phun vào đường ống nạp (động cơ phun xăng). Quá trình trên được còn tiếp diễn trong xy lanh, suốt quá trình nạp và quá trình nén cho đến khi được đốt cháy cưỡng bức bằng tia lửa điện. Ở động cơ diesel gần cuối quá trình nén, nhiên liệu mới được phun vào buồng cháy động cơ để hình thành hỗn hợp rồi tự bốc cháy. Dầu diesel có tính năng đặc biệt về độ bốc hơi, độ nhớt và chi số cetane. * Hoạt động của hệ thống nhiên liệu: Bơm chuyển nhiên liệu 9 hút nhiên liệu từ thùng chứa 12, sau đó đẩy tới bầu lọc tinh 2. Tại bầu lọc tinh nhiên liệu được lọc sạch tạp chất, sau đó nhiên liệu theo đường ống 3 tới bơm cao áp 8. Bơm cao áp tạo cho nhiên liệu một áp suất đủ lớn theo đường ống cao áp 6 đến vòi phun 4 cung cấp cho xylanh động cơ. Nhiên liệu rò qua khe hở trong thân kim phun của vòi phun và trong các tổ bơm cao áp được theo đường ống dẫn 5 và 11 trở về thùng chứa. Nhiên liệu đi vào trong xylanh bơm cao áp không được lẫn không khí vì không khí sẽ làm cho hệ số nạp của các tổ bơm không ổn định, thậm chí có thể làm gián đoạn quá trình cấp nhiên liệu. Không khí lẫn trong hệ thống nhiên liệu có thể là do không khí hòa tan trong nhiên liệu tách ra khi áp suất thay đổi đột ngột, cũng có thể do khí trời lọt vào do đường ống không kín, đặc biệt là ở những khu vực mà áp suất nhiên liệu thấp hơn áp suất khí trời. Để xả không khí HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL ra khỏi hệ thống nhiên liệu trên bầu lọc, trên vòi phun và trên bơm cao áp có bulông xả khí. 1 3 2 5 4 6 7 8 13 9 10 11 12 Hình 1.1 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu diesel 1- Bulông xả khí ; 2- Bầu lọc nhiên liệu ; 3, 5, 6, 10, 11- Ống dẫn nhiên liệu ; 4Vòi phu ; 7- Van tràn ; 8- Bơm cao áp ; 9- Bơm chuyển ; 12- Thùng chưa nhiên liệu ; 13- Bulông xả nước. Không khí từ ngoài trời qua lọc khí vào ống nạp rồi qua xupáp nạp đi vào động cơ. Trong quá trình nén các xupáp hút và xả đều đóng kín, khi piston đi lên không khí trong xylanh 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 xoáy lốc hướng kính ngày càng mạnh. Cuối quá trình nén, nhiên liệu HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL được phun vào dòng xoáy lốc này, được xé nhỏ, sấy nóng, bay hơi và hoà trộn đều với không khí tạo ra hoà khí rồi tự bốc cháy. 1.2.3. Các dạng cấu tạo bơm cao áp trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 1.2.3.1. Bơm cao áp (Bosch) Hình 1.2 : Bơm cao áp 1- Bulông xả khí ; 2- Vít hãm ; 3- Đầu nối ống nhiên liệu đến vòi phun ; 4- Đầu nối ống nhiên liệu vào bơm ; 5- Vỏ bộ hạn chế nhiên liệu ; 6- Khớp nối của trục cam ; 7- Đĩa chắn dầu ; 8- Trục bơm ; 9- Ổ bi ; 10- Vỏ bộ điều tốc ; 11- Lò xo van cao áp ; 12- Van cao áp; 13- Xilanh bơm cao áp ; 14- Lỗ xả ; 15- Piston bơm cao áp ; 16Vít ; 17- Ống xoay ; 18- Đĩa trên ; 19- Lò xo bơm cao áp ; 20- Đĩa dưới ; 21Bulông điều chỉnh ; 22- Con đội ; 23- Con lăn ; 24- Cam HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL Nguyên lý hoạt động : Piston đi xuống nhờ lực đẩy lò xo 19, van cao áp 12 đóng kín, nhờ độ chân không được tạo ra trong không gian phía trên piston, khi mở các lỗ A, B nhiên liệu được nạp đầy vào không gian này cho tới khi piston nằm ở vị trí thấp nhất. Piston đi lên nhờ cam 24, lúc đầu nhiên liệu bị đẩy qua các lỗ A, B ra ngoài ; khi đỉnh piston che kín hai lỗ A, B thì nhiên liệu ở không gian ở phía trên piston 15 tăng áp suất, đẩy mở van cao áp 12, nhiên liệu đi vào đường cao áp tới vòi phun. Quá trình cấp nhiên liệu được tiếp diễn tới khi rãnh nghiêng trên đầu piston mở lỗ xả B thời điểm kết thúc cấp nhiên liệu, từ lúc ấy nhiên liệu từ không gian phía trên piston qua rãnh dọc thoát qua lỗ B ra ngoài khiến áp suất trong xilanh giảm đột ngột, van cao áp được đóng lại. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 1.2.3.2. Bơm phân phối B A Hình 1.3 : Bơm phân phối 1- Bạc xả ; 2- Thiết bị điều chỉnh thời gian phun ; 3- Vành cam ; 4- Con lăn ; 5- Hình 1.3 : Bơm phân phối Đĩa truyền động ; 6- Trục vào ; 7- Bánh răng bơm chuyển ; 8- Trục bộ điều tốc ; 9- Bánh răng bộ điều tốc ; 10- Quả văn ; 11- Đòn điều chỉnh ; 12- Lò xo điều tốc ; 13- Màng chân không ; 14- Ống nối đường nạp ; 15- Lò xo màng điều chỉnh chân không ; 16- Đường ống hồi dầu ; 17- Vít điều chỉnh ; 18- Đòn áp lực ; 19Van điện từ ; 20- Piston ; 21- Van cao áp ; 22- Đầu nối với vòi phun HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL Nguyên lý hoạt động: Dẫn động xoay piston 20 được trục bơm 6 dẫn động, còn dẫn động định tiến do vành cam 3 trên trục bơm 6 dẫn động. Trên sườn piston có các lỗ thoát B, khi piston xoay lỗ thoát này sẽ lần lượt ăn thông với các lỗ khoan chéo A trên đầu bơm. Trong hành trình công tác nhiên liệu nén và phân phối lần lượt qua các lỗ khoan chéo A, khi đó áp suất nhiên liệu nén đi qua van cao áp 21 rồi đi đến vòi phun nhiên liệu của xylanh tương ứng. Trên bơm còn có bơm chuyển nhiên liệu kiểu phiến gạt được nâng lên một áp suất ổn định, quả văng 10 thông qua quan hệ tay đòn, quả văng tác động vào bạc xả 1 qua đó làm thay đổi thời điểm mở lỗ xả và thực hiện việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp theo chế độ làm việc của động cơ. Loại bơm này có kết cấu đơn giản hơn so với bơm cao áp thẳng hàng kiểu Bosch cho nên được sử dụng rộng rãi hơn, nhưng loại bơm cao áp sử dụng trong hệ thống nhiên liệu Common Rail kết cấu đơn giản hơn ta khảo sát sau. 1.2.4. Đặc điểm hình thành hỗn hợp trong động cơ diesel Nhiên liệu được phun vào buồng đốt từ 15 0 - 300 trước ĐCT/ kỳ nén, khi dấu phun nhiên liệu “ INJ” ở bánh đà đúng ngay chi thị mà lăng vạch ở ống dẫn hướng ngay dấu chỉ thị ở cử sổ là thời điểm khơi phun. Hỗn hợp được hình thành bên trong xilanh động cơ với thời gian rất ngắn tính theo góc quay của trục khuỷu, chỉ bằng 1/10 đến 1/20 so với trường hợp của máy xăng, ngoài ra nhiên liệu diesel lại khó bay hơi hơn xăng nên phải được phun thật tơi và hoà trộn đều trong không gian buồng cháy. Vì vậy phải tạo điều kiện để nhiên liệu được sấy nóng, bay hơi nhanh và hoà trộn đều với không khí trong buồng cháy HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL nhằm tạo ra hoà khí ; mặt khác phải đảm bảo cho nhiệt độ không khí trong buồng cháy tại thời gian phun nhiên liệu phải đủ lớn để hoà khí tự bốc cháy. Quá trình hình thành hỗn hợp và quá trình bốc cháy nhiên liệu trong động cơ diesel chồng chéo lên nhau, xảy ra liên tục. Sau khi phun nhiên liệu thì trong buồng cháy diễn ra một loạt thay đổi về tính chất lý hoá của nhiên liệu, sau đó một phần nhiên liệu được phun vào trước đã tạo thành hỗn hợp thì tự bốc cháy trong khi nhiên liệu vẫn được tiếp tục phun vào để cung cấp cho xy lanh động cơ. Chính đặc điểm của quá trình hình thành hỗn hợp và quá trình cháy như vậy nên để cho phù hợp thì động cơ diesel có rất nhiều loại buồng cháy khác nhau tuỳ theo cấu tạo của động cơ và mục đích sử dụng động cơ. 1.3. HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN PHUN NHIÊN LIỆU Đối với động cơ diesel có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong động cơ, 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 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 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL cơ sở đó điều khiển các cơ cấu chấp hành theo cách mà người thiết kế mong muốn. Như vậy, hệ thống điều khiển điện tử phun nhiên liệu trên động cơ gồm ba phần chủ yếu sau : 1.3.1. Hệ thống thu thập thông tin về điều kiện làm việc của động cơ Các cảm biến cung cấp cho bộ xử lý về số vòng quay, vị trí bàn đạp chân ga, nhiệt độ không khí nạp, nhiệt độ nước làm mát của động cơ... các cảm biến làm việc theo nguyên tắc khác nhau. Các thông tin từ các cảm biến đưa về bộ xử lý dưới dạng các tín hiệu điện như : tín hiệu dạng xung, tín hiệu điện áp biến đổi, tín hiệu tần số... và được biến đổi, xử lý sơ bộ trước khi đi vào hệ thống xử lý. 1.3.2 Hệ thống xử lý Căn cứ vào các tín hiệu gởi về từ các cảm biến, hệ thống xử lý so sánh với các thông tin đã được cài đặt sẵn trong bộ nhớ và xác định các thông số đầu ra để điều khiển các bộ phận thừa hành, đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu cho động cơ. 1.3.3 Hệ thống thừa hành Các cơ cấu chấp hành được điều khiển bằng các tín hiệu đầu ra của bộ xử lý. Các cơ cấu chấp hành như : vòi phun, bơm cao áp... được hệ thống thừa hành điều khiển sao cho động cơ làm việc phù hợp với các tín hiệu đầu vào. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 1.3.4. Định lượng hỗn hợp nhiên liệu, không khí Lượng O2, dùng để đốt cháy nhiên liệu trong buồng cháy động cơ, là lượng O2 trong không khí. Như ta biết không khí gồm hai thành phần là : O 2 và N2 . Tính theo thành phần thể tích (thành phần mol) O 2 chiếm 21% còn N2 chiếm 79%. Do với một thể tích nhất định, khối lượng khí phụ thuộc vào các thông số trạng thái của nó như : áp suất, nhiệt độ.... Vì vậy với một dung tích xilanh nhất định, khối lượng không khí nạp vào là khác nhau nếu ở điều kiện áp suất và nhiệt độ khác nhau. Khi động cơ đang hoạt động, lượng nhiên liệu phun vào xi lanh thay đổi tùy theo điều kiện làm việc. Để đảm bảo lượng nhiên liệu phù hợp, bộ điều khiển cần biết được thông tin về trạng thái của lượng khí nạp. Để xác định chính xác lượng khí nạp, trên động cơ lắp thêm cảm biến đo áp suất ( cảm biến MAF) và nhiệt độ khí nạp (IAT), chính xác hơn nữa là cảm biến lưu lượng khí nạp, thể tích khí nạp được xác định thông qua thể tích công tác và hiệu suất thể tích động cơ. Thể tích công tác phụ thuộc đường kính xi lanh và hành trình piston, còn hiệu suất thể tích phụ thuộc kết cấu của động cơ và đường ống nạp. Vì mỗi loại động cơ có một kích thước và kết cấu khác nhau nên để đảm bảo cho điều kiện phun nhiên liệu được chính xác, các thông số kết cấu và hiệu suất thể tích được nạp sẵn vào bộ nhớ ROM của bộ điều khiển điện tử. Lượng nhiên liệu phun không chỉ phụ thuộc vào lượng khí nạp, buồng cháy động cơ mà còn phụ thuộc nhiều yếu tố đặc trưng cho tình trạng làm việc của động cơ, ví dụ như số vòng quay động cơ, nhiệt độ nước làm mát... Bộ xử HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL lý cũng sử dụng các tín hiệu nhận được từ các cảm biến đo các yếu tố đặc trưng cho tình trạng làm việc của động cơ để điều chỉnh lượng phun sao cho đạt được tỉ lệ hỗn hợp thích ứng với điều kiện làm việc của động cơ. 1.3.5. Xác định góc phun sớm Cũng tương tự như nguyên tắc điều khiển lượng phun, bộ xử lý điều khiển góc phun sớm trên cơ sở tín hiệu thu được từ cảm biến đo số vòng quay động cơ và các cảm biến xác định trạng thái động cơ. Để lựa chọn góc phun sớm tốt nhất được xác định nhờ thực nghiệm bằng cách xây dựng đặc tính điều chỉnh góc phun sớm của động cơ. Đặc tính điều chỉnh góc phun sớm được thực hiện ở điều kiện không thay đổi tốc độ n và lượng nhiên liệu cấp cho chu trình. Từ những thực nghiệm người ta đưa ra dãy góc phun sớm tuỳ thuộc vào tốc độ động cơ và tải trọng, góc phun sớm nằm trong giới hạn từ 15 ÷ 35 0 . Từ đó người ta đưa ra bảng giá trị góc phun sớm ứng với từng tốc độ và tải trọng động cơ gọi là góc phun sớm cơ sở. Như vậy khi động cơ hoạt động, bộ xử lý nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí bàn đạp ga, áp suất trên đường ống nạp để xác định số vòng quay và tải trọng, động cơ tại thời điểm đó. Với hai thông số này, bộ xử lý đối chiếu vào bảng góc phun sớm cơ sở để lấy ra giá trị góc phun sớm, sau đó bộ xử lý căn cứ vào giá trị thu được từ các cảm biến khác nhau như : cảm biến nước làm mát, cảm biến nhiệt độ khí nạp để hiệu chỉnh và có giá trị góc phun sớm thích hợp. Giá trị được bộ xử lý dùng để điều khiển bộ phận thừa hành ở đầu ra : bơm, và vòi phun ... HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 1.3.6. Bộ xử lý Hình 1.4: Sơ đồ khối điều khiển điện tử phun nhiên liệu. 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 thừa hành, đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu cho động cơ. 1.3.6.1 Bộ ổn áp bên trong Vì bộ xử lý và các cảm biến đòi hỏi một điện áp làm việc rất ổn định, nên trong bộ điều khiển có lắp một bộ ổn áp. Bộ ổn áp điện này cung cấp cho bộ xử lý một điện áp có giá trị xác định và ổn định. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 1.3.6.2. Xử lý tín hiệu vào Bộ xử lý tín hiệu đầu vào thu nhập những tín hiệu từ các cảm biến, dưới dạng tín hiệu xung, tín hiệu điện áp biến đổi, tín hiệu tần số…. Để đưa vào xử lý, biến đổi chúng thành các tín hiệu số. Tín hiệu là sự kết hợp giữa các mức điện áp có và không, mức điện áp có là số 1 và mức điện áp không là số 0. Tín hiệu phải được biến sang dạng số vì bộ xử lý chỉ có thể làm việc với các tín hiệu 0 và 1. Một trong các bộ biến đổi dùng phổ biến trong bộ điều khiển là bộ biến đổi tương tự số, viết tắt là A/D(Analog to digital converters). Bộ này dùng để biến đổi tín hiệu điện áp một chiều có giá trị thay đổi sang tín hiệu dạng số để bộ xử lý có thể làm việc được. Các cảm biến mạch tương tự, như cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến nhiệt độ, cảm biến vị trí trục bơm cao áp ... là những ví dụ của cảm biến tạo ra tín hiệu điện áp tương tự thay đổi. 2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV 2.1. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ 2KD-FTV Hãng sản xuất Loại động cơ Số xy lanh và cách bố trí Cơ cấu xupap Kiểu động cơ Dung tích xi lanh (cc) Đường kính xylanh (mm) Hành trình S (mm) Tỷ số nén Công suất lớn nhất (KW/v/ph) Momen xoắn cực đại TOYOTA Fortuner 2.5L Diesel Common Rail tăng áp 4 xy lanh thẳng hàng, 16 xupap dẫn động đai và bánh răng 2KD-FTV 2494cc 92 93,8 18,5 75/3600 260/2400 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL (N.m/v/ph) Loại xe Hộp số Hệ thống nhiên liệu Loại nhiên liệu Mức độ tiêu thụ nhiên liệu Dài (mm) Rộng (mm) Cao (mm) Chiều dài cơ sở (mm) Chiều rộng cơ sở trước/sau Trọng lượng không tải (kg) Số cửa SUV 5 số sàn Loại ống phân phối Diesel 8.7lít/100 km 4695mm 1840mm 1850mm 2750mm 1540/1540mm 1790-1810kg 5cửa 2.2. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ 2KD-FTV Động cơ 2KD-FTV của hãng TOYOTA là loại động cơ 4 kỳ 4 xylanh được đặt thẳng hàng và làm việc theo thứ tự nổ 1-3-4-2. Động cơ có công suất lớn 75 KW/3600 v/ph, hệ thống phối khí của các xupap được dẫn động trực tiếp từ trục cam thông qua con đội thuỷ lực, sử dụng con đội thuỷ lực và cách bố trí 4 xupap trên một xylanh tạo đươc chất lượng nạp và thải (nạp đầy, thải sạch), nhằm tăng công suất động cơ, giảm được lượng khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường. Với hệ thống phun nhiên liệu diesel bằng hệ thống tích luỹ nhiên liệu và điều khiển bằng ECU và hệ thống tuần hoàn khí xả tạo cho động cơ luôn làm việc ở chế độ an toàn và hiệu quả cao. 2.2.1.Các bộ phận chính trong đông cơ *Nhóm piston: Chốt piston, vòng hãm, xécmăng dầu, xécmăng *Thanh truyền: Đầu nhỏ thanh truyền, đầu to thanh truyền, bạc lót khí HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL *Trục khuỷu : Cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu. *Bánh đà: *Thân máy và nắp xylanh: Nắp xylanh, gioăng, thân máy của động cơ. *Cơ cấu phân phối khí: Bánh răng dẫn động cam nạp, bánh răng dẫn động cam xả, cam nạp, cam xả, lò xò xupap, xupap, đai dẫn động. *Hệ thống làm mát. *Hệ thống bôi trơn. 2.2.2. Hệ thống tăng áp Hệ thống tăng áp trên động cơ 2KD-FTV là loại tăng áp kiểu tuabin khí, được làm mát trung gian. Bộ tuabin tăng áp gồm hai phần chính là tuabin và máy nén khí, cùng với các cơ cấu phụ khác như bạc đỡ trục, thiết bị bao kín, hệ thống bôi trơn và làm mát .... Hình 2.1 : Sơ đồ tăng áp tuabin khí. Tuabin tăng áp trên động cơ là loại tuabin tăng áp hướng kính HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL Hình 2.2 : Kết cấu tuabin - máy nén. 1- Vỏ máy nén ; 2- Vỏ tuabin ; 3- Thân tuabin máy nén; 4- Bánh công tác máy nén ; 5- Bánh công tác tuabin; A- Cửa hút không khí vào máy nén; B- Của thoát khí xả ra khỏi tuabin; C- Cửa thông đường khí xả động cơ; D- Cung cấp dầu bôi trơn; E- Đường dầu về. Nguyên lý làm việc: Khí thải động cơ qua đường ống, thổi vào cánh của tuabin, sau khi giãn nở tới áp suất khí trời thì thoát qua cửa thải của tuabin ra ngoài. Máy nén do tuabin dẫn động được quay cùng vận tốc của tuabin nhờ trục, làm tăng áp suất và vận tốc của không khí đi trong bánh công tác của máy nén, sau đó một phần động năng của dòng khí qua vành tăng áp đựơc chuyển thành áp năng. Nhờ đó, sau khi đi qua bộ tuabin tăng áp, không khí đã được nén sơ bộ trước khi đi vào xilanh động cơ. Khí thải từ động cơ qua cửa miệng phun tác động vào bánh công tác làm quay trục rôto. Khí thải được thải qua hệ thống thải, đồng thời ở máy nén khi trục rôto quay dẫn động bánh công tác quay, hút không khí từ ngoài môi trường HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL xung quanh qua bầu lọc, vào máy nén qua cửa nạp. Dưới tác dụng quay của bánh công tác không khí nạp lần lượt được nén qua bánh công tác, qua vành tăng áp, vòng xoắn ốc, sau đó theo đường ống nạp nạp vào xilanh động cơ qua cửa nạp. Máy nén dùng để tăng áp cho động cơ có nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành năng lượng của dòng khí tạo ra áp suất nào đó để cung cấp vào xylanh động cơ. Loại máy nén trên đông cơ 2KD-FTV là loại máy nén ly tâm. Ưu điểm: Tuốc bin tăng áp trong động cơ là loại tuốc bin khí xả nên tiết kiệm được năng lượng dẫn động máy nén, đồng thời tận dụng được năng lượng khí xả. Do vậy, nâng cao được công suất có ích của động cơ, cải thiện được tính kinh tế nhiên liệu của động cơ. Nhược điểm: Do tuốc bin tăng áp không có liên hệ động lực với trục khuỷu động cơ nên ở các chế độ tải bộ phận, do năng lượng khí xả nhỏ, công suất tuốc bin giảm, do vậy áp suất tăng áp giảm nhanh, đến một lúc nào đó sẽ nhỏ hơn áp suất khí xả nên làm xấu chất lượng quét. Mặt khác, hệ số dư lượng không khí giảm làm xấu chất lượng cháy. Do đó, làm giảm công suất của động cơ. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 2.3. KHẢO SÁT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV 2.3.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 11 NE G 8 7 ECU EDU Caím biãú n khaïc 9 4 14 13 10 5 6 3 2 1 12 Hình 2.3 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV. 1- Thùng nhiên liệu ; 2- Lọc nhiên liệu ; 3- Bơm cao áp HP3 ; 4- Common Rail tích trữ điều áp ; 5- Vòi phun ; 6- Két làm mát nhiên liệu ; 7- EDU ; 8- ECU ; 9Đường nhiên liệu cao áp ; 10- Đường dầu hồi ; 11- Các cảm biến ; 12- Van SVC ; 13- Van an toàn áp suất ; 14- Cảm biến áp suất nối với ECU. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL Bơm cao áp 3 có nhiệm vụ tạo ra nhiên liệu có áp suất cao cho quá trình phun. Bơm này được lắp đặt trên một ngăn của hệ thống. Thường thì giống như vị trí đặt bơm phân phối trước đây (của các động cơ cổ truyền). Nhiên liệu sau khi ra khỏi bơm cao áp được vận chuyển vào bộ phận tích luỹ cao áp. Ống Rail 4 này là bộ phận tích luỹ cao áp và luôn được cấp nhiên liệu để phục vụ cho việc phun nhiên liệu. Nhiên liệu trong ống luôn có áp suất 180MPa để phun vào xylanh vào đúng thời điểm. Một số thành phần của hệ thống Common Rail được đặt trực tiếp trên ống này, như cảm biến áp suất, van điều áp. Vòi phun 5 có chức năng phun nhiên liệu vào xylanh động cơ. ECU quyết định lượng nhiên liệu được phun, thời điểm phun và điều khiển nam châm điện trong vòi phun, thông qua bộ EDU. Nam châm điện này mở vòi phun và nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ khi áp suất tồn tại trong ống tích luỹ cao áp. Common Rail là một hệ thống phun được điều khiển bằng ECU. EDU điều khiển và giám sát quá trình phun bằng những giá trị cần thiết được mặc định sẵn cho quá trình phun nhiên liệu. Hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ 2KD-FTV có những đặc tính sau: + Áp suất nhiên liệu, lượng phun, và thời điểm phun được điều khiển bằng điện tử vì vậy điều khiển tốc độ động cơ đạt độ chính xác cao. + Áp suất nhiên liệu cao cho nên việc hoà trộn nhiên liệu – không khí trong buồng cháy tốt hơn.
- Xem thêm -