ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHAI THÁC KỸ THUẬT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV TRÊN XE TOYOTA HIACE
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
MỤC LỤC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHAI THÁC KỸ THUẬT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV TRÊN XE TOYOTA HIACE
Trang
Lời mở đầu 1
Chương 1:Tổng quan về hệ thống nhiên liệu 3
1.1..Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 3
1.1.1.Nhiệm vụ 3
1.1.2.Yêu cầu đối với hệ thống 4
1.1.3.Sơ đồ hệ thống nhiên liệu 5
1.1.4.Đặc điểm hình thành hòa khí trong động cơ điezen 6
1.1.5.Đặc điểm kết cấu các bộ phận chính của hệ thống nhiên liệu điezen 12
1.1.6.Nhược điểm hệ thống nhiên liệu điezen cổ điển 16
1.1.7.Giới thiệu hệ thống Common Rail Điezen 20
Chương 2:Kết cấu các chi tiết hệ thống nhiên liệu 24
2.1.Khái quát hệ thống nhiên liệu 24
2.1.1.Khái quát hệ thống nhiên liệu trên động cơ 2KD –FTV 24
2.1.2.Thùng chứa nhiên liệu 28
2.1.3.Lọc nhiên liệu 28
2.1.4.Bơm nạp 30
2.1.5.Bơm cao áp 31
2.1.6.Van điều khiển 32
2.1.7.Van SCV 33
2.1.8.Van phân phối của bơm HP3 34
2.1.9.Ống phân phối 35
2.1.10.Bơm giới hạn áp suất 36
2.1.11.Vòi phun 36
2.1.12.EDU 40
2.1.13 Các chức năng điều khiển chính của ECM 42
Chương 3.Kiểm tra bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu 48
3.1.Các dạng hư hỏng thường gặp ở hệ thống nhiên liệu 48
3.1.1.Các hư hỏng bơm cao áp 48
3.1.2.Các hư hỏng của vòi phun 48
3.1.3.Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu 50
3.1.4.Các hư hỏng của đường ống nhiên liệu 50
3.1.5.Các hư hỏng hệ thống điện tử và cảm biến 50
3.2.Khắc phục các hư hỏng của hệ thống nhiên liệu 50
3.2.1.Bơm cao áp 50
3.2.2.Ống phân phối 51
3.2.3.Vòi phun 51
3.3.Phương pháp chẩn đoán 51
3.3.1.Động cơ không tải, không êm, bị rung động 51
3.3.2.Động cơ có tiếng gõ, kêu lạch cạch 52
3.3.3.Động cơ yếu, bị ì 53
3.4.Công tác bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu Common Rail 54
3.5.Những lưu ý khi sửa chữa bảo dưỡng 56
Kết luận 61
Tài liệu tham khảo 63
LỜI MỞ ĐẦU
Giao thông là một lĩnh vực quan trọng trong bất cứ thời đại nào của xã hội loài người. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật cũng như những tiến bộ vượt bậc trong đời sống xã hội, nhu cầu về đi lại, vận chuyển của con người cũng tăng lên rất nhiều. Nhắc đến lĩnh vực giao thông vận tải, người ta không thể không nghĩ ngay đến lĩnh vực vận tải đường bộ, là loại hình giao thông được phát triển khá sớm. Với những thành tựu to lớn trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô đã và đang phát triển trong hơn 100 năm qua, lĩnh vực giao thông vận tải đường bộ ngày càng chứng tỏ được ưu điểm vượt trội và luôn giữ vững được vị thế trong lĩnh vực giao thông vận tải.
Đối với Việt Nam, là một nước đang phát triển, lĩnh vực giao thông vận tải đóng vai trò mấu chốt trong sự phát triển về mọi mặt. Với mức độ phát triển của nước ta hiện nay, giao thông vận tải đường bộ vẫn chiếm vị thế quan trọng nhất trong lĩnh vực giao thông vận tải, với hình thức vận tải bằng ô tô là chủ yếu. Ô tô trở nên thông dụng hơn với người Việt Nam, từ các tập đoàn vận tải lớn của hợp tác xã nhà nước, cũng như các doanh nghiệp vận tải tư nhân đến các cơ quan, xí nghiệp, và cả những gia đình, cá nhân đều có thể sử dụng ô tô. Với mức độ sử dụng ô tô hiện nay, cũng như với lượng xe hơi tiêu thụ ở thị trường nước ta như hiện nay yêu cầu một lượng lớn những kĩ thuật viên, những người hiểu biết về ô tô. Việc hiểu và nắm rõ về sử dụng, khai thác, bảo dưỡng, sữa chữa là những yếu tố cần thiết và quan trọng đối với những sinh viên cơ khí ô tô.
Sau năm năm nghiên cứu học tập tại trường, với sự đào tạo, hướng dẫn của các thầy cô của trường nói chung và các thầy cô thuộc khoa cơ khí nói riêng, được sự quan tâm giúp đỡ từ ban giám hiệu nhà trường, ban chủ nhiệm khoa cơ khí, cùng với sự dẫn dắt của thầy chủ nhiệm. Hôm nay, chúng em – những SV khoá thứ 64 của ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô thuộc khoa Cơ Khí – ĐH Công Nghệ Giao Thông Vận Tải, đã được trang bị những kiến thức chuyên môn nhất định, đủ sức tham gia vào sản xuất, góp một phần công sức đóng góp cho xã hội, tham gia vào tiến trình phát triển khoa học kĩ thuật của nước nhà.
Nhằm cũng cố và hệ thống lại khối lượng kiến thức đã được học trong những ngày tháng qua, em đã tiến hành thực hiện luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu khai thác hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV được trang bị trên Toyota Hiace”. Thông qua luận văn sẽ đánh giá toàn diện nhất những kiến thức, những kĩ năng của em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường. Qua luận văn này đã giúp em cũng cố và hệ thống lại những kiến thức cơ bản, giúp em hiểu biết thêm về những thành tựu khoa học kĩ thuật hiện đại đã và đang được áp dụng trong lĩnh vực công nghiệp ô tô. Trong quá trình nghiên cứu, do trình độ cũng như điều kiện thời gian còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế chưa nhiều, mặt khác, đây là lần đầu tiên tiếp xúc với một đề tài có tính chất quan trọng cao, đòi hỏi sự chính xác và lượng kiến thức sâu rộng nên chắc chắn không thể nào tránh khỏi sai sót trong quá trình nghiên cứu. Em kính mong nhận được sự phê bình, chỉ bảo của các thầy giáo trong ngành để em được mở rộng kiến thức, hiểu rộng và sâu hơn đối với các vấn đề chuyên môn.
Đồ án được hoàn thành đúng tiến độ nhờ có sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong bộ môn, cùng với sự đóng góp của bạn bè, đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình của giáo viên hướng dẫn, Ths Dương Quang Minh. Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Quang Minh cùng các thầy trong bộ môn đã hướng dẫn em thực hiện đồ án, cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ từ phía ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí cùng ban giám hiệu nhà trường đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành tốt khóa học. Em xin chân thành cảm ơn ạ!
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
1.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel.
1.1.1.Nhiệm vụ.
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.
1.1.2.Yêu cầu đối với hệ thống.
+ Hệ thống nhiên liệu động cơ diezen phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
-Hoạt động lâu bền có độ tin cậy cao;
-Dễ dàng, thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa;
-Dễ chế tạo, giá thành hạ;
1.1.3 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel.
Hình1.1:Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel
1- Bulông xả khí, 2-Bầu lọc nhiên liệu; 3- Ống dẫn nhiên liệu bơm cao áp;
4-Vòi phun,5- Ống dẫn nhiên liệu về thùng chứa ;6-Đường ống cao áp;
7- Van tràn, 8-Bơm cao áp; 9- Bơm chuyển nhiên liệu;
10-Ống dẫn nhiên liệu về thùng chứa;
11-Ống dẫn nhiên liệu về thùng chứa;12-Thùng chứa nhiên liệu;
13-Bulông xả nước.
Trên hình 1-1 giới thiệu sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel. Bơm chuyển nhiên liệu 4 hút nhiên liệu từ thùng chứa 1 qua bình lọc thô 3 để cung cấp nhiên liệu qua bầu lọc tinh 6 tới bơm cao áp 9.Ở đây, bơm cao áp tiếp tục đưa nhiên liệu lên vòi phun, với áp suất cao để phun vào buồng cháy hỗn hợp với không khí từ bên ngoài qua bình lọc, ống nạp, tạo thành hoà khí và tự cháy, do không khí nén có nhiệt độ cao.Hoà khí cháy giãn nở tác dụng vào piston, qua thanh truyền, làm quay trục khuỷu sinh công.Khí cháy sau khi đã làm việc, được đi ra khỏi xy lanh bằng ống xả và ống tiêu âm như hệ thống nhiên liệu của động cơ xăng.Nhiên liệu rò qua khe hở thân kim phun của vòi phun và các tổ bơm theo ống nhiên liệu hồi 7, 12, 13 trở về thùng chứa.
1.1.4 Đặc điểm hình hành hoà khí trong động cơ diesel.
Quá trình hình thành hòa khí trong động cơ diesel có hai đặc điểm chính sau:
Hòa khí được hình thành bên trong xilanh động cơ với thời gian rất ngắn. Tính theo góc quay trục khuỷu chỉ bằng 1/10 đến 1/20 so với trường hợp máy xăng. Ngoài ra nhiên liệu diesel lại khó bay hơi hơn xăng nên phải phun thật tơi và hòa trộn đều với không khí trong buồng cháy nhằm tạo ra hòa khí. Mặt khác nhằm đảm bảo cho nhiệt độ không khí trong buồn cháy tại thời gan 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 buồn cháy diễn ra một loạt thay đổi về lý hóa nhiên liệu, sau đó phần nhiên liệu được phun vào trước đã được tạo ra hòa khí, tự bốc cháy, trong khi nhiên liệu vẫn được phun tiếp, cung cấp cho xilanh của động cơ. Như vậy sau khi đã cháy một phần, hòa khí thay đởi liên tục trong không gian và suốt thời gian của quá trình.
Chính đặc điểm của quá trình hình thành hoà khí 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. Hiện nay buồng cháy của động cơ diesel được phân loại theo hai cách.
Dựa vào vị trí bay hơi của nhiên liệu thì được chia thành:
+ Hình thành kiểu màng trực tiếp .
+ Hình thành kiểu thể tích.
+ Hình thành kiểu thể tích - màng.
Dựa vào nhân tố điều khiển và sự hình hành hoà khí thì chia thành:
+ Phun trực tiếp
+ Phun gián tiếp
Đối với động cơ phun trực tiếp thì buồng cháy trong động cơ được chia thành:
+ Buồng cháy thống nhất.
+ Buồng cháy khoét lõm sâu trên đỉnh piston.
Còn động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu phun gián tiếp thì buồng cháy của động cơ cũng được chia thành ba loại sau đây:
+ Buồng cháy xoáy lốc.
+ Buồng cháy dự bị.
+ Buồng cháy không khí.
Quá trình hình thành hỗn hợp của động cơ D iesel chỉ chiếm một thời gian nhỏ do đặc điểm kết cấu của động cơ và hình thành hỗn hợp nhiên liệu là hỗn hợp không đồng nhất. Vì vậy quá trình hình thành là một quá trình rất phức tạp và diễn ra ở nhiều giai đoạn khác nhau.
Hình 1.2: 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.
1.1.4.1. 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 1.3: 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.
1.1.4.2. 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.
- Thực ra phân loại buồng cháy theo nguyên tắc hình thành hoà khí không có tính tuyệt đối vì trong quá trình M có khoảng 20 ¸ 30% nhiên liệu được hình thành hoà khí theokiểu thể tích và trong các buồng cháy hình thành hoà khí theo kiểu thể tích cũng có được một ít nhiên liệu được hình thành hoà khí theo kiểu màng. Vì vậy nếu nói chính xác thì phải gọi nặng về hình thành hoà khí kiểu màng và nặng về hình thành hoà khíkiểu thể tích.
Phần lõm trên đỉnh Piston có thành mỏng với tỉ số và không sâu. Vòi phun có lỗ phun có đường kính nhỏ d= 0,15 - 0,25(mm) với số lỗ từ 5-10 lỗ, áp suất phun lớn 20-60 MN/m2. Tia phun nhiên liệu tới sát thành buồng cháy nhưng không chạm vào thành buồng cháy
Hình 1.4:Buồng cháy thống nhất với phương pháp hỗn hợp thể tích
D: đường kính piston; db: đường kính phần khoét lõm
Khi piston đi lên trong quá trình nén, hiện tượng không khí bị chèn vào không gian trên đỉnh piston xảy ra không mãnh liệt. Nói cách khác, xoáy lốc không mạnh nên ít ảnh hưởng đến quá trình hình thành hỗn hợp (buồng cháy ít tận dụng xoáy lốc không khí). Nhiên liệu được phun ra rất tơi và tia phun phù hợp với profin buồng cháy, do đó tia nhiên liệu đã thâm nhập đến phần lớn thể tích buồng cháy, tạo quá trình bay hơi hòa trộn nhiên liệu với không khí để hình thành hỗn hợp. Vì vậy, người ta gọi đây là phương pháp hình thành thể tích.
1.1.4.3. Hình thành kiểu thể tích - màng.
Hình 1.5:Buồng cháy thống nhất với phương pháp hỗn hợp thể tích- màng.
Phần không gian trên đỉnh Piston có thành dòng với và khá sâu, có hình dáng đa dạng như kiểu D , w. Tỷ lệ thể tích không gian trên đỉnh piston Vb và thể tích buồng cháy Vc là lớn trong khoảng 0,75 - 0,9. Vòi phun có số lỗ từ (3-5) lỗ, áp suất phun lớn 15-20MN/m2.
Khi Piston đi lên trong quá trình nén thì khối lượng không khí giữa nắp xylanh và đỉnh Piston bị chèn mãnh liệt vào không gian trên đỉnh Piston tạo ra chuyển động xoáy lốc hướng kính với cường độ lớn (buồng cháy tận dụng xoáy lốc). Đến thời điểm nhiên liệu được phun vào, một phần bị xoáy lốc xé nhỏ và hòa trộn với không khí tạo thành hỗn hợp, phần còn lại gần 50% bám lên thành buồng cháy tạo thành màng và được dòng khí xoáy lốc cuốn dần tạo thành hỗn hợp. Phương pháp hỗn hợp này gọi là phương pháp hỗn hợp thể tích màng.
Như vậy, muốn nâng cao tính năng của động cơ cần phải đaøm bảo nạp nhiều nhất không khí mới vào xylanh, phải nâng cao hết mức hiệu suất sử dụng số không khí này, có nghĩa là phải đảm bảo cho nhiên liệu được cháy kiệt với hệ số dư lượng không khí nhỏ nhất và quá trình cháy phải được kết thúc ở khu vực gần điểm chết trên. Do đó, kết cấu của buồng cháy phải phù hợp với quá trình hình thành hòa khí và quá trình cháy nhiên liệu là khâu then chốt quyết định tính năng động lực và tính năng kinh tế của động cơ Diesel
1.1.5 Đặc điểm kết cấu các bộ phận chính của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel.
1.1.5.1. Cấu tạo của bơm cao áp
a. Cấutạo bơm cao áp thẳng hàng
Hình 1.6:Bơm cao áp thẳng hàng
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; 16- Vít; 17- Ống xoay; 18- Đĩa trên; 19- Lò xo bơm cao áp; 20- Đĩa dưới; 21- Bulông điều chỉnh; 22- Con đội; 23- Con lăn; 24- Cam.
Nguyên lý hoạt động: Piston đi xuống nhờ lực đẩy lò xo 19, van cao áp 12 đóng kín, nhờ độchân 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. Hình 3-2 giới thiệu kết cấu của bơm cao áp thẳng hàng.
Loại bơm này được sử dụng rất rộng rãi vì chế tạo đơn giản, sử dụng tin cậy, việc phân phối và điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình cũng rất đơn giản.
Tuy nhiên có nhược điểm sau: Kích thước và khối lượng lớn, có nhiều cặp chi tiết chính xác, khó chế tạo. Trong sử dụng phải thường xuyên kiểm tra độ không đồng đều về nhiên liệu cung cấp cho chu trình của các tổ bơm.
b.Cấu tạobơm cao áp phân phối
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.
Bơm phân phối khắc phục được nhược điểm của bơm cao áp thẳng hàng, nó chỉ có một cặp pittông và xilanh đảm bảo cung cấp cho tất cả các xilanh của động cơ.
Bơm phân phối so với bơm dãy cấu tạo đơn giản, số chi tiết, khối lượng và kích thước bơm nhỏ hơn (khoảng 1/2 bơm cụm), phân phối nhiên liệu cho các xilanh đồng đều, thời điểm bắt đầu cung cấp vào các xilanh chính xác hơn, mức độ mài mòn của bộ đôi pittông và xilanh ít gây ảnh hưởng tới độ đồng đều về lượng nhiên liệu cấp vào các xilanh của động cơ. Tuy nhiên cặp bộ đôi pittông và xilanh của bơm cao áp làm việc nhiều hơn, mòn nhanh nên yêu cầu rất cao về vật liệu và công nghệ chế tạo, cũng như nhiệt luyện.
Hình 1.7:Bơm cao áp phân phối
1- Bạc xả; 2- Thiết bị điều chỉnh thời gian phun; 3- Vành cam; 4- Con lăn; 5- 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; 19- Van điện từ ; 20- Piston; 21- Van cao áp; 22- Đầu nối với vòi phun
1.1.5.2. Các dạng cấu tạo vòi phun trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel
Vòi phun thường được lắp trên nắp hoặc trên sườn (trường hợp động cơ piston đối đỉnh) xi lanh động cơ. Công dụng chính của vòi phun là phun tơi và phân bố đều nhiên liệu vào thể tích buồng cháy của động cơ.
Trên động cơ Diesel sử dụng hai loại vòi phun là: Vòi phun hở và vòi phun kín. Vòi phun kín tức là loại vòi phun có van ngăn cách không gian trong vòi phun với không gian trong buồng cháy động cơ.
Vòi phun kín được chia làm 4 loại:
+ Vòi phun kín tiêu chuẩn.
+ Vòi phun kín loại van.
+ Vòi phun kín có chốt trên kim phun.
+ Vòi phun kín loại van lỗ phun.
Hình 1.8:Cấu tạo vòi phun
a)- Vòi phun hở; b)-Vòi phun kín tiêu chuẩn; c)- Vòi phun kín loại van lỗ phun; d)- Có chốt trên đầu kim; e)- Phần đầu của vòi phun có chốt trên kim; 1- Thân; 2, 7- Ê cu tròng; 3- Miệng phun; 4- Lỗ phun; 5- Đế kim; 6, 22- Kim; 8- Chốt; 9- Đũa đẩy;10- Đĩa lò xo; 11- Lò xo; 12- Cốc.
Vòi phun hở: Là loại vòi phun không có van ngăn cách không gian trong vòi phun với không gian trong buồng cháy động cơ do đó có các nhược điểm sau:
- Trong khoảng thời gian giữa các lần phun, một phần nhiên liệu trong vòi phun bị chèn ép nhỏ giọt vào xy lanh, đồng thời khí thể trong xy lanh cũng đi vào chiếm đầy không gian bị chèn ép đó.
- Thời gian đầu và thời gian cuối của quá trình phun, chất lượng phun rất kém vì lúc ấy áp suất nhiên liệu trong vòi phun rất thấp.
- Sau mỗi lần phun vẫn còn nhiên liệu tiếp tục nhỏ giọt qua lỗ phun gây kết cốc đầu vòi phun.
- Do không có van ngăn khí thể từ xy lanh vào đường nhiên liệu cao áp nên nhiều khi phần khí thể ấy sẽ gây trở ngại cho quá trình cấp nhiên liệu vào xy lanh động cơ.
Khắc phục được nhược điểm trên, nên vòi phun kín làm cho chất lượng phun nhiên liệu tốt, tăng chỉ tiêu công suất và hiệu suất của động cơ đồng thời làm giảm hiện tượng kết muội than trên vòi phun và xy lanh động cơ.
Nguyên lý hoạt động vòi phun kín: Nhiên liệu cao áp được bơm cao áp đưa qua lưới lọc 17, qua các đường 19 trong thân kim phun tới không gian bên trên mặt côn tựa của van kim. Lực do áp suất nhiên liệu cao áp tạo ra tác dụng lên diện tích hình vành khăn của van kim chống lại lực ép của lò xo. Khi lực của áp suất nhiên liệu lớn hơn lực ép của lò xo thì van kim bị đẩy bật lên mở đường thông cho nhiên liệu tới lỗ phun. Áp suất nhiên liệu làm cho van kim bắt đầu mở được gọi là áp suất bắt đầu phun nhiên liệu.
1.1.6 Nhược điểm của hệ thống nhiên liệu diesel cổ điển.
Nhược điểm của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel cổ điển đó là các bộ phận, cụm chi tiết của hệ thống được dẫn động bằng cơ khí nên có độ trễ nhất định vì vậy làm việc không thích hợp với sự thay đổi tải của động cơ. Làm thải khói đen khá lớn khi tăng tốc, tiêu hao nhiên liệu còn cao và tiếng ồn lớn…
1.1.6.1. Đặc tính tốc độ của bơm cao áp
Tại một vị trí của thanh răng bơm cao áp, biến thiên lượng nhiên liệu cấp cho chu trình gct (lượng nhiên liệu của một hành trình bơm) theo tốc độ trục khuỷu n của bơm Bosch được gọi là đặc tính cung cấp của bơm. Hành trình có ích ha của bơm cao áp được xác định theo kích thước hình học của piston và xylanh bơm.
Trên thực tế nhiên liệu đi qua lỗ thoát, do có tổn thất lưu động nên thời gian đầu của quá trình cung cấp, áp suất nhiên liệu bên trong xylanh sẽ tăng lên sớm hơn so với thời điểm đóng kín lỗ thoát theo kích thước hình học. Tương tự như trên thời điểm kết thúc cấp nhiên liệu thực tế không xảy ra cùng thời điểm mở lỗ thông do gờ rãnh nghiêng phía dưới thực hiện mà thường muộn hơn.
Hình 1.9: Đặc tính tốc độ bơm Bosch
Vì vậy hành trình cấp nhiên liệu thực tế thường lớn hơn so với hành trình có ích lý thuyết làm cho lượng nhiên liệu thực tế cấp cho chu trình thường lớn hơn giá trị định lượng lý thuyết. Hiệu ứng kể trên càng lớn nếu tốc độ động cơ càng cao. Các đặc tính A, B, C của bơm Bosch (hình1-5) tương ứng với ba vị trí khác nhau của thanh răng bơm cao áp, biến thiên của ba đặc tính ấy có xu hướng tương tự, tức là càng tăng tốc độ n (khi giữ không đổi vị trí thanh răng) càng làm tăng lượng nhiên liệu chu trình gct.
Hình 1.10: Ảnh hưởng của tốc độ động cơ tới hệ số nạp hv
Đặc tính cung cấp của bơm cao áp (bơm Bosch) trái ngược với đặc tính về thay đổi hệ số nạp của động cơ khi tăng tốc độ n (càng tăng n hệ số nạp càng giảm). Tốc độ gây ảnh hưởng lớn nhất tới hv. Khi tăng n sẽ làm tăng tốc độ môi chất đi qua xupap nạp cũng như xupap xả, làm giảm pa và làm tăng pr, mặt khác cũng làm giảm T (do giảm thời gian tiếp xúc), kết quả làm giảm hv.
Vì vậy nếu điều chỉnh sao cho thành phần hoà khí thích hợp ở tốc độ cao thì khi giảm tốc độ n, do nhiên liệu chu trình gct giảm và không khí nạp lại tăng khiến hoà khí bị nhạt đi làm giảm mô men của động cơ. Ngược lại nếu điều chỉnh thích hợp ở số vòng quay thấp thì khi tăng tốc độ sẽ làm cho hoà khí quá đậm gây cháy không hết ( xuất hiện nhiều muội than do thiếu ôxy). Chính vì vậy trong hệ thống nhiên liệu lắp bơm Bosch thường có thêm cơ cấu hiệu chỉnh đặc tính cung cấp của bơm, nhưng cũng không thể khắc phục hết nhược điểm này.
1.1.6.2. Đặc tính phun của hệ thống phun nhiên liệu kiểu cũ
Với hệ thống phun nhiên liệu kiểu cũ dùng bơm phân phối hay bơm thẳng hàng (distributor or in-line injection pumps), việc phun nhiên liệu chỉ có một giai đoạn gọi là giai đoạn phun chính (main injection phase), không có khởi phun và phun kết thúc.
Dựa vào ý tưởng của bơm phân phối sử dụng kim phun điện, các cải tiến đã được thực hiện theo hướng đưa vào giai đoạn phun kết thúc. Trong hệ thống cũ, việc tạo ra áp suất và cung cấp lượng nhiên liệu diễn ra song song với nhau bởi cam và piston bơm cao áp. Điều này tạo ra các tác động xấu đến đường đặc tính phun như sau:
- Áp suất phun tăng đồng thời với tốc độ và lượng nhiên liệu được phun.
- Suốt quá trình phun, áp suất phun tăng lên và lại giảm xuốngtheo áp lựcđóng của ty kim ở cuối quá trình phun.
Hình 1.11: Đặc tính phun nhiên liệu thường
- Áp suất phun tăng đồng thời với tốc độ và lượng nhiên liệu được phun.
- Suốt quá trình phun, áp suất phun tăng lên và lại giảm xuống theo áp lựcđóng của ti kim phun ở cuối quá trình phun.
Hậu quả là:
- Khi phun với lượng nhiên liệu ít thì áp suất phun cũng nhỏ và ngược lại.
- Áp suất đỉnh cao gấp đôi áp suất phun trung bình.
Để quá trình cháy hiệu quả, đường cong mức độ phun nhiên liệu thực tế có dạng tam giác.
Áp suất đỉnh quyết định tải trọng đặt lên các thành phần của bơm và các thiết bị dẫn động. Ở hệ thống nhiên liệu cũ, nó còn ảnh hưởng đến tỉ lệ hỗn hợp khí và nhiên liệu trong buồng cháy.
Để giải quyết các nhược điểm nêu trên 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 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 (EGR: 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. Đó là hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel
1.1.7 Giới thiệu hệ thống Common Rail Diesel.
Hệ thống Common Rail đầu tiên được phát minh bởi Robert Huber, người Switzerland vào cuối những năm 60. Công trình này sau đó được tiến sĩ Marco Ganser của viện nghiên cứu kỹ thuật Thụy Sĩ tại Zurich tiếp tục nghiên cứu và phát triển. Đến giữa những năm 90, tiến sĩ Shohei Itoh và Masahiko Miyaki, của tập đoàn Denso – một nhà sản xuất phụ tùng ô tô lớn của Nhật Bản đã phát triển tiếp và ứng dụng trên các xe tải nặng hiệu Hino, và bán rộng rãi ra thị trường vào 1995, sau đó ứng dụng rộng rãi trên các xe du lịch.
Hiện nay, hầu như tất cả các hãng ô tô đã sử dụng phổ biến hệ thống này trên xe của họ, cũng như sử dụng trên các động cơ xe cơ giới, tàu thủy… với nhiều tên gọi khác nhau như: Toyota với tên D-4D, Mercedes với tên CDI, Huyndai với tên CRDi, Peugoet với tên HDI…
Hãng Toyota cũng sử dụng rộng rãi hệ thống này cho các dòng xe từ xe du lịch 4 chổ, 7 chổ, 10, 12 chổ…với tên gọi D-4D ( Direct Injection-4 stroke Diesel Engine) Và Toyota Việt nam cũng bắt đầu lắp ráp và tung ra thị trường xe có sử dụng hệ thống Common Rail này từ năm 2005, trên xe Hiace. Đến nay, năm 2009 có thêm 2 dòng xe nữa của Toyota Việt nam có sử dụng hệ thống này là xe FORTUNER grade G và xe bán tải HILUX.
Hình 1.12: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu Common rail
1. Thùng nhiên liệu; 2. Bơm cao áp Common rail; 3.Lọc nhiên liệu; 4.Đường cấp nhiên liệu cao áp; 5. Đường nối cảm biến áp suất đến ECU ; 6. Cảm biến áp suất; 7.Common Rail tích trữ &điều áp nhiên liệu (hay còn gọi ắcquy thuỷ lực); 8. Van an toàn (giới hạn áp suất); 9.Vòi phun; 10.Các cảm biến nối đến ECU và Bộ điều khiển thiết bị (EDU); 11.Đường về nhiên liệu (thấp áp) ; EDU: (Electronic Driver Unit) và ECU : (Electronic Control Unit).
Cấu tạo hệ thống common rail:
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 nhiên liệu từ thùng chứa sau đó nén nhiên liệu lên áp suất cao và chờ tín hiệu điều khiển từ ECM sẽ phun nhiên liệu vào buồng đốt.
- Hệ thống điều khiển điện tử: gồm bộ xử lý trung tâm ECM, 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. Ngoài ra hệ thống điều khiển điện tử còn tính toán và điều khiển áp suất nhiên liệu và tuần hoàn khí xả.
Nguyên lý hoạt động hệ thống
- Vùng nhiên liệu áp suất thấp: Bơm tiếp vận (nằm trong bơm cao áp) hút nhiên liệu từ thùng chứa à 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. Áp suất nhiên liệu sẽ được quyết định bởi tính toán của ECM tùy theo chế độ làm việc của động cơ thông qua các tín hiệu cảm biến gửi về. ECM sẽ điều khiển mức độ đóng mở của van SCV để điều khiển áp suất hệ thống.
- Điều khiển phun nhiên liệu: ECM tính toán thời điểm và lượng nhiên liệu phun ra tối ưu cho từng chế độ làm việc cụ thể của động cơ dựa vào tín hiệu từ cảm biến gửi về và gửi tín hiệu yêu cầu phun nhiên liệu đến EDU. EDU có nhiệm vụ khuyếch đại điện áp từ 12V à 85V cấp đến kim phun để mở kim à nhiên liệu có áp suất cao đang chờ sẵng trong ống phân phối sẽ phun vào buồng đốt khi kim mở và dứt phun khi EDU ngừng cấp điện cho kim phun. Thời điểm bắt đầu phun được quyết định bởi thời điểm ECM phát tín hiệu phun, lượng nhiên liệu phun ra được quyết định bởi độ dài thời gian phát tín hiệu phun của ECM. Tín hiệu yêu cầu phun phát ra càng sớm thời điểm phun càng sớm và ngược lại, tín hiệu yêu cầu phun phát ra càng dài lượng nhiên liệu phun ra càng nhiều và ngược lại.
Hình 1.13:Sơ đồ nguyên lý hệ thống Common Rail
Chương 2
KẾT CẤU CÁC CHI TIẾT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD – FTV TRÊN TOYOTA HIACE
2.1 Khái quát hệ thống nhiên liệu
2.1.1Khái quát hệ thống nhiên liệu của 2KD-FTV
Trên động cơ 2KD – FTV sử dụng hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail nhiên liệu được nén dưới áp suất cao để nâng cao tính kinh tế nhiên liệu và cung cấp công suất động cơ mạnh mẽ đồng thời triệt tiêu rung động và tiếng ồn động cơ.
Hệ thống này tích nhiên liệu đã được nén lại và cung cấp bởi bơm cao áp trong đường ống phân phối. Bằng cách tích nhiên liệu ở áp suất cao hệ thống CR có thể cung cấp nhiên liệu ở áp suất cao ổn định không phụ thuộc vào tốc độ động cơ hay tải ECM cung cấp một dòng điện đến van điện từ bên trong vòi phun bằng EDU để điều khiển thời điểm phun và lượng phun đồng thời theo dõi áp suất bên trong ống phân phối bằng cảm biến áp suất nhiên liệu. ECM sẽ điều khiển bơm cao áp để cung cấp đầy đủ nhiên liệu nhằm duy trì áp suất đến giá trị cần thiết. Ngoài ra hệ thống này sử dụng van hai chiều bên trong vòi phun để đóng mở nhiên liệu do đó ECM có khả năng điều khiển chính xác thời điểm phun kể cả lượng phun.
Hệ thống CR cung cấp phun nhiên liệu 2 giai đoạn tách rời. Để làm giảm chấn động của quá trình cháy hệ thống này thực hiện phun trước dưới dạng phun nhiên liệu phụ trước khi phun nhiên liệu chính. Điều này giúp giảm rung động và tiềng ồn động cơ
Ưu điểm của hệ hệ thống nhiên liệu Common Rail
- Tăng công suất động cơ
- Giảm bớt tiếng ồn
- Tiết kiệm nhiên liệu
- Giảm được khí thải độc hại
- Có thể ứng dụng cho tất cả các loại ô tô du lịch và xe tải
.........
2.1.13.4 Điều khiển tuần hoàn khí xả:
Hình 2.23: Hệ thống EGR
ECM điều khiển tuần hoàn khí xả bằng cách điều khiển van điều khiển chân không để cấp chân không đến van EGR để dẫn khí xả ngược vào buồng cháy nhằm giảm nhiệt độ buồng cháyà giảm khí NOx. Van EGR mở nhiều hay ít là do lượng chân không cấp đến nó, van điều khiển chân không được điều khiển bằng xung thay đổi hệ số tác dụng. Lượng khí xả tuần hoàn về lệ thuộc vào áp suất trong đường ống nạp, sự thay đổi áp suất này nhờ vào mức độ mở của bướm ga.
Hoạt động tuần hoàn khí xả không hoạt động trong các chế độ sau của động cơ:
- Nhiệt độ nước làm mát thấp.
- Động cơ đang hoạt động chế độ tải nặng
- Xe đang hoạt động ở độ cao cao
Chương 3
KIỂM TRA BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2 KD – FTV TRÊN TOYOTA HIACE
3.1. Các dạng hư hỏng thường gặp ở hệ thống nhiên liệu
3.1.1. 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 pittông-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 pittông và xylanh mòn nhiều nhất. Khi pittông-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.
3.1.2. 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 ănmòn 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.
3.1.3. 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.
- Mạch báo nghẹt lọc nhiên liệu:
Khi mực nước trong lọc nhiên liệu cao hơn mức cho phép, công tắc cảnh báo mực nước trong lọc bật ON, ECU đồng hồ táp lô khi nhận được tín hiệu này sẽ bật nhấp nháy đèn báo nhiên liệu. Khi gặp tính huống này chỉ cần xả nước trong lọc nhiên liệu đèn báo sẽ tắt.
Hình3.1: Mạch cảnh báo nghẹt lọc nhiên liệu
Khi lọc nhiên liệu bị tắc, lực hút từ bơm tiếp vận sẽ làm giảm áp suất trên đường ống dẫn nhiên liệu sau lọc à công tắc cảnh báo tắc lọc OFFà ECU đồng hồ táp lô bật sáng đèn cảnh báo nhiên liệu sáng liên tục.
Hình 3.2: Lọc nhiên liệu
3.1.4. Các hư hỏng của đường ống dẫn nhiên liệu
Các đường ống hở không khí lọt vào làm động cơ không nổ. Tại các điểm nối bị hở, ống bị thủng. Làm rò rỉ nhiên liệu, nhiên liệu không cung cấp đến bơm cao áp hay vòi phun, nhiên liệu cung cấp không đủ áp suất làm động cơ không nổ. Các đường ống bị va đập làm dẹp, các chỗ uốn bị gãy gây trở lực lớn trong đường ống hoặc bị tắc ống dẫn. Các van an toàn, van một chiều lắp trên đường ống không điều chỉnh đúng áp lực mở theo qui định.
3.1.5. Hư hỏng hệ thống điện tử và các cảm biến
Đối với các hư hỏng này phải dùng các pan mà nhà chế tạo cung cấp để phát hiện các triệu chứng. Để khắc phục các hư hỏng này thì thường phải thay mới.
3.2. Khắc phục các hư hỏng hệ thống nhiên liệu
3.2.1. Bơm cao áp
Bơm cao áp bị hư ta thay bơm mới, ta thiết lập giá trị ban đầu, cân lượng nhiên liệu cung cấp từ bơm cấp liệu.
Cài đặt giá trị lượng nhiên liệu cung cấp từ bơm cao áp vào ECU sau khi thay mới.
3.2.2. Ống phân phối
Nếu ống phân phối bị hỏng ta chỉ việc thay mới, không thao rã ống phân phối.
3.2.3. Vòi phun
Sau khi sữa chữa vòi phun hoặc thay mới thì phải cài đặt lại thông số hiệu chỉnh lượng phun cho vòi phun.
3.3. Phương pháp chẩn đoán
Ở đây ta chẩn đoán theo trạng thái hoạt động của động cơ.
3.3.1. Động cơ không tải, không êm, bị rung động
Bảng 3-1 Bảng chẩn đoán động cơ không tải, không êm, bị rung động
|
Trạng thái hư hỏng |
Khu vực chẩn đoán chính |
Khu vực chẩn đoán có liên quan |
|
1. Không tải không êm hay rung do có quá trình cháy không bình thường 2. Rung khi xe khởi hành do hư hỏng của hệ thống ly hợp |
1. Hư hỏng trong vòi phun - Chuyển động của piston vòi phun trục trặc - Vòi phun kẹt đóng - Vòi phun kẹt mở - Muội ở vòi phun - Hư hỏng mạch điện vòi phun 2. Hư hỏng hệ thống ly hợp - Hệ thống ly hợp (rung khi xe khởi động) |
- Mã hiệu chỉnh vòi phun - Rò rỉ nhiên liệu - Gối đỡ động cơ - Rò rỉ hệ thống nạp khí - Tắc hệ thống nạp khí - Hệ thống EGR - Hệ thống đóng đường nạp - Cảm biến lưu lượng khí nạp - Bơm cao áp - Van xả áp - EDU (Nếu P0200 thiết lập đồng thời) - Nhiên liệu chất lượng thấp - Sửa đổi xe - ECU |
3.3.2. Động cơ có tiếng gõ, kêu lạch cạch
Bảng 3-2 Bảng chẩn đoán động cơ có tiếng gõ, kêu lạch cạch
|
Trạng thái hư hỏng |
Khu vực chẩn đoán chính |
Khu vực chẩn đoán có liên quan |
|
1. Tiếng gõ và âm thanh không bình thường do áp suất cháy đặc biệt cao 2. Âm thanh không bình thường do ma sát giữa các chi tiết
|
1. Hư hỏng vòi phun - Chuyển động của piston trong vòi phun bị hỏng - Vòi phun kẹt đóng - Vòi phun kẹt mở - Muội trong vòi phun - Hỏng mạch vòi phun 2. Áp suất ống phân phối không bình thường - Bơm cao áp - Âm thanh xung áp nhiên liệu - Không khí trong nhiên liệu 3. Ma sát giữa các chi tiết 4. Áp suất nén
|
- Mã hiệu chỉnh vòi phun - Rò rỉ nhiên liệu - Rò rỉ hệ thống nạp khí - Tắc hệ thống nạp khí - Hệ thống EGR - Hệ thống đóng đường nạp - Cảm biến áp suất nhiên liệu - Cảm biến áp suất tuyệt đối đường nạp - Cảm biến lưu lượng khí nạp - Cảm biến áp suất khí quyển (bên trong ECU) - Sửa đổi xe - Nhiên liệu chất lượng thấp - Thiếu nhiên liệu - ECU |
3.3.3. Động cơ yếu, bị ì
Bảng 3-3 Bảng chẩn đoán động cơ yếu, bị ì
|
Trạng thái hư hỏng |
Khu vực chẩn đoán chính |
Khu vực chẩn đoán có liên quan |
|
1. Động cơ bị yếu do lượng phun nhiêu liệu không bình thường (hỏng bơm cấp áp) 2. Động cơ bị yếu do lượng khí nạp vào thiếu (Hỏng tuabin tăng áp hay đoạn ống xả trước hay bộ trung hòa khí xả bị tắc) |
- Chuyển động của píttông trong vòi phun bị hỏng - Vòi phun kẹt đóng - Vòi phun kẹt mở - Muội trong vòi phun - Hỏng mạch vòi phun 2. Áp suất ống phân phối không bình thường - Bơm cao áp 3. Lượng khí nạp không bình thường - Tuabin tăng áp - Đoạn ống xả trước bị tắc - Bộ trung hòa khí xả bị tắc
|
- Van xả áp (P1271 được thiết lập) - Cảm biến lưu lượng khí nạp - Rò rỉ hệ thống nạp khí - Tắc hệ thống nạp khí - Hệ thống EGR - Hệ thống nhiêu liệu bị tắc - Hệ thống đóng đường nạp - Áp suất nén - Mã điều chỉnh vòi phun - Rò rỉ nhiên liệu - Bugi sấy - Cảm biến áp suất nhiên liệu - EDU (Nếu P0200 được thiết lập) - Sửa đổi xe - Nhiên liệu chất lượng thấp - Nhiên liệu bị đông cứng - ECU
|
3.4. Công tác bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu common rail lắp trên động cơ 2KD-FTV
Kế hoạch bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên là rất cần thiết để động cơ luôn luôn có được chất lượng tốt và độ tin cậy tối đa. Sự sẵn sàng hoạt động, sự an toàn khi hoạt động cũng như chi phí vận hành, bảo dưỡng sửa chữa và chăm sóc động cơ là thấp nhất. Hệ thống Common Rail sử dụng các cấp bảo dưỡng sau :
óBảo dưỡng sửa chữa thường xuyên (W1) :Bao gồm nội dung kiểm tra có tính chất thường xuyên nhằm khắc phục các hư hỏng xảy ra trong vận dụng. Công tác bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên W1 được thực hiện hàng ngày (tương ứng với 25 h hoạt động của động cơ).
óBảo dưỡng sửa chữa định kỳ :Bảo dưỡng sửa chữa theo các cấp qui định là việc bảo dưỡng sửa chữa mang tính chất dự phòng. Các cấp bảo dưỡng qui định cụ thể như sau :
+ W2 : Tương ứng với 250 giờ hoạt động của động cơ.
+ W3 : Tương ứng với 1000 giờ hoạt động của động cơ.
+ W4 : Tương ứng với 2000 giờ hoạt động của động cơ.
+ W5 : Tương ứng với 8000 giờ hoạt động của động cơ.
+ W6 : Tương ứng với 24000 giờ hoạt động của động cơ.
Hệ thống nhiên liệu của động cơ cũng tuân theo các qui định về bảo dưỡng và sửa chữa như động cơ. Nội dung các công việc trong các kỳ bảo dưỡng cụ thể như sau :
óCấp bảo dưỡng sửa chữa W1:
|
Bộ phậnkiểm tra |
Công việc kiểm tra |
|
Bộ phận xả khí |
Kiểm tra màu khí xả |
|
Két làm mát khí nạp |
Kiểm tra đường ống xả nước ở chổ nước ra |
|
Lọc khí nạp |
Kiểm tra đồng hồ đo áp lực hút khí nạp |
|
Nhiên liệu |
Kiểm tra mức nhiên liệu |
óCác cấp bảo dưỡng sửa chữa W2,3,4: Không tháo động cơ.
|
Bộ phậnkiểm tra |
Công việc kiểm tra |
Cấp |
|
Đường dẫn khí nạp |
Kiểm tra các hư hỏng, độ kín mặt hút |
W2,3,4 |
|
Hệ thống xả khí |
Kiểm tra và xả nước |
W3,4 |
|
Lọc khí nạp |
Vệ sinh |
W3,4 |
|
Đường dẫn khí nạp |
Kiểm tra khóa đóng khí nạp |
W3,4 |
|
Hệ thống xả khí |
Kiểm tra các liên kết bulông, sự ngăn cách của ống xả và tăng áp |
W3,4 W3,4 |
|
Bầu lọc thô |
Vệ sinh |
W3,4 |
|
Bầu lọc kép |
Xả nhiên liệu thay lõi lọc |
W3,4 |
|
Hệ thống khí nạp |
Kiểm tra áp lực khí nạp |
W4 |
|
Lọc khí nạp |
Thay lõi lọc |
W4 |
|
Két làm mát khí nạp |
Vệ sinh đường ống xả nước |
W4 |
|
Vòi phun cao áp |
Tháo ra, kiểm tra, thay roăng làm kín, thay đầu vòi phun mới nếu cần |
W4 |
óCấp bảo dưỡng và sửa chữa W5 : Ngược lại với các cấp W2,3,4 không tháo động cơ, ở cấp W5 một số bộ phận của động cơ được tháo. Những công việc sau được thực hiện và kiểm tra.
|
Bộ phận kiểm tra |
Công việc kiểm tra |
|
Mặt quy lát |
Giải thể mặt quy lát, cân chỉnh lại vòi phun |
|
Bộ phối khí |
Tháo gỡ cò mổ và kiểm tra |
|
Ống dẫn khí nạp |
Giải thể, vệ sinh, thay mới roăng làm kín |
|
Ống xả tiêu âm |
Vệ sinh thay mới roăng |
|
Két làm mát khí nạp |
Tháo gỡ vệ sinh kiểm tra độ kín |
|
Ống xả |
Tháo gỡ vệ sinh thay mới roăng làm kín và lớp bảo vệ |
|
Bơm cao áp |
Tháo gỡ và kiểm tra lưu lượng bơm và độ kín, kiểm tra khớp nối, thời điểm phun |
|
Bộ cô lập máy |
Kiểm tra tính hoạt động |
óCấp bảo dưỡng và sửa chữa W6: Nhất thiết phải tháo toàn bộ động cơ và kiểm tra toàn bộ.
óCác công việc bảo dưỡng động cơ khi động cơ ngừng làm việc lâu: Nếu động cơ phải ngừng làm việc lâu, thì trong đường hút khí nạp phải được phun dầu bôi trơn.Sau đó tác động lên bộ tắc máy và cho động cơ quay bằng hệ thống đề.
3.5 Những lưu ý khi sửa chửa bảo dưỡng
-Thiết lập giá trị ban đầu và bơm cấp liệu
-Thay thế ống phân phối
-Cài đặt lại thông số hiệu chỉnh lượng phun cho vòi phun
-Thay thế phụ tùng mới
-Thay thế ống cấp liệu
-Kiểm tra rò rỉ liệu trong hệ thống cấp liệu
-Kiểm tra bỏ máy
A . Thay thế cụm ống phân phối : cụm ống phân phối là nơi tích nhiên liệu có áp suất cao nên các chi tiết trên đó không được tháo rời vì vậy khi thay ống phân phối cần thay cả cụm chi tiết
Hình3.3:Cụm ống phân phối
B Thay thế phụ tùng mới và thay ống cấp liệu : Khi thay phụ tùng mới như béc phun bơm cao áp, ống cấp liệu cần thay luôn các gioăng đệm không được dùng lại
Hình 3.4:Các chi tiết không dùng lại khi thay mới
Khi thay các chi tiết như trong bảng cần phải thay mới ống cấp liệu
C Thiết lập giá trị ban đầu và cân bơm cấp liệu : quy trình thực hiện được mô tả như hình bên dưới
Hình3.5:Quy trình thiết lập giá trị ba đầu
D Cài đặt lại thông số hiệu chỉnh lượng phun cho vòi phun
Mỗi một vòi phun có một đặc tính phun nhiên liệu khác nhau để tối ưu hoá tính năng phun nhiên liệu.ECM sẽ điều chỉnh để bù những sự sai khác này bằng cách điều chỉnh khoảng thời gian phun nhiên liệu của các vòi phun.Mã điều chỉnh vòi phun đều thống nhất 30 chữ số các giá trị anphabe được in trên phần đầu của mổi vòi phun.
Nếu mã điều chỉnh vòi phun không đúng được nhập vào ECM động cơ có thể ồn bất thường hay chạy không tải không êm. Ngoài ra hư hỏng động cơ có thể xảy ra và tuổi thọ của động cơ bị rút ngắn.Khi thay vòi phun thì mã của vòi phun phải được nhập vào ECM và khi thay ECM thì tất cả mã của vòi phun hiện thời phải được nhập vào ECM.
Hình3.6:Khái quát hoạt động đăng kí
Quy trình đăng kí mã vòi phun (thay mới ECM)như sau
Bước 1:( Lưu thông số hiệu chỉnh vòi phun trước khi thay ECM)
-Nối máy chẩn đoán vào DLC 3
-Bật khóa điện ON
-Bật máy chẩn đoán ON ( không khởi động động cơ )
-Truy cập vào đường dẩn Chọn Powertrain/Engine and ECT/UtilityInjector Compensation
-Bấm phím Next
-Bấm phím Next
-Chọn “Read Compensation Code” rồi tiếp tục chon Next
-Chọn số xy lanh ( xylanh số 1 ,2,3,4) rồi tiếp tục chon Next
-Bảng mã thông số vòi phun xylanh được chon hiện lên ta chọn Save
-Sau khi lưu xong ta tiếp tục chon Next để thực hiện việc lưu này cho các vòi phun còn lại . Nếu các vòi phun đã được lưu hết thì chon Cancel
Bước 2 : Nhập thông số hiệu chỉnh vòi phun cho ECM mới
- Truy cập vào đường dẩn Chọn Powertrain/Engine and ECT/UtilityInjector Compensation
- Bấm phím Next
- Bấm phím Next
-Chọn “Set Compensation Code” rồi tiếp tục chon Next
- Chọn số xy lanh ( xylanh số 1 ,2,3,4) rồi tiếp tục chon Next
-Bấm “Input”(nhập thông số ghi trên đầu kim phun vào máy chẩn đoán)
- Bấm “Open”(Nhập thông số lưu) tiếp tục chon Next
- Sau khi đăng kí xong ta tiếp tục chon Next để thực hiện đăng kí nay cho các vòi phun còn lại. Nếu các vòi phun đã được đăng kí thì chon Cancel
Quy trình đăng kí mã vòi phun cho ECU khi thay mới kim phun thì thực hiện tương tự như bước 2 của dăng kí mã điều chỉnh khi thay mới ECU
Hình3.7:Nhập mã vòi phun vào máy chẩn đoán
KẾT LUẬN
Sau khi nghiên cứu khai thác kỹ thuật hệ thống nhiên liệu lắp trên động cơ 2KD-FTV 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 1800 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 hàng loạt 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 nhận bằng cảm biến và đưa về ECU, ECU 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 động cơ.do lượng phun được điều khiển chính xác bằng ECU 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 ECU 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 bị loại bỏ khi chân ga ở trạng thái tự do làm giảm tiêu hao nhiên liệu so với động cơ Diesel nguyên thủy.
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 2KD-FTV là đề tài đang được quan tâm nghiên cứu bởi vì ô nhiễm môi trường và sự cạn kiệt nhiên liệu đang là vấn đề cấp bách trên toàn cầu.
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 Th.S Dương Quang Minh, đến nay em đã hoàn thành nhiệm vụ khai thác kỹ thuật 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 2KD-FTV.
Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu, do thời gian và khả năng hiểu biết và tài liệu về hệ thống nhiên liệu Common Rail còn hạn chế nên trong quá trình hoàn thành 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 chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa cơ khí giao thông Trường ĐH Công Nghệ GTVT, đặc biệt em chân thành cảm ơn thầy giáo Th.s. Dương Quang Minh, đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1].Nguyễn Tất Tiến. “Nguyên lý động cơ đốt trong”. Nhà xuất bản giáodục, năm 2000.
[2]. Nguyễn Bốn, Hoàng Ngọc Đồng. “Nhiệt kỹ thuật”. Nhà xuất bản giáo dục, năm 1999.
[3]. Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến. “Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong, tập 1, 2, 3”. Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp Hà Nội, năm 1997.
[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. “Thuỷ lực và máy thuỷ lực”. Nhà xuất bản giáo dục, năm 1996.
[6]. Trần Thanh Hải Tùng. “Bài giảng động cơ phun xăng”. Đại học Đà Nẵng, 2008.
[7]. Tài liệu động cơ 2KD-FTV và các tài liệu liên quan của TOYOTA.
[8]. http://www.oto-hui.com. Tháng 4/2010.
[9]. http://www.thuvienoto.com. Tháng 4/2010.
