Đề tài Khảo sát hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Duratorq 24l

LỜI NÓI ĐẦU Trong xu thế hội nhập hiện nay, nền công nghiệp Việt Nam đang đứng những cơ hội đầy tiềm năng và ngành công nghiệp ô tô Việt Nam cũng không ngoại lệ. Ở nước ta số lượng ô tô hiện đại đang được lưu hành ngày một tăng. Các loại ô tô này đều được cải tiến theo hướng tăng công suất, tốc độ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, điện tử hoá quá trình điều khiển và hạn chế mức thấp nhất thành phần ô nhiễm trong khí xả động cơ. Với sự phát triển mạnh mẽ của tin học trong vai trò dẫn đường, quá trình tự động hóa đã đi sâu vào các ngành sản xuất và các sản phẩm của chúng, một trong số đó là ô tô. Nhờ sự giúp đỡ của máy tính để cải thiện quá trình làm việc nhằm đạt hiệu quả cao và chống ô nhiểm môi trường, tối ưu hoá quá trình điều khiển dẫn đến kết cấu của động cơ và ô tô thay đổi rất phức tạp, làm cho người sử dụng và cán bộ công nhân kỹ thuật ngành ô tô ở nước ta còn nhiều lúng túng và sai sót nên cần có những nghiên cứu cụ thể về hệ thống điện tử trên động cơ ô tô. Vì vậy là một sinh viên của nghành động lực sắp ra trường, em chọn đề tài: "Khảo sát hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.4l" làm đề tài tốt nghiệp của mình. Em rất mong với đề tài này em sẽ củng cố tốt hơn kiến thức của mình để khi ra trường em có thể đóng góp vào ngành công nghiệp ô tô của nước ta, để góp phần vào sự phát triển chung của ngành Cuối cùng em xin được gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn Dương Việt Dũng đã chỉ bảo em tận tình, giúp em vượt qua những khó khăn vướng mắc trong khi hoàn thành đồ án của mình. Bên cạnh đó em cảm ơn các thầy trong khoa đã tạo mọi điều kiện để em hoàn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp này. Sinh viên thực hiện TRẦN VĂN HÒA 1. Mục đích ý nghĩa đề tài Hiện nay các phương tiện giao thông vận tải là một phần không thể thiếu trong cuộc sống con người. Cũng như các sản phẩm của nền công nghiệp hiện nay, ô tô được tích hợp các hệ thống tự động lên các dòng xe đã và đang sản xuất với chiều hướng ngày càng tăng. Hệ thống nhiên liệu common rail là một trong số những hệ thống được khách hàng quan tâm hiện nay khi mua xe ô tô 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 rai sẽ giúp chúng ta nắm bắt những kiến thức cơ bản để nâng cao hiệu quả khi sử dụng, khai thác, sửa 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. Các dòng xe ra đời với các bước đột phá về nhiên liệu mới và tiêu chuẩn khí thải đựợc chấp thuận trong ngành sản xuất ô tô nhằm bảo vệ môi trường thì bên cạnh đó công nghệ sản xuất không ngừng ngày càng nâng cao, công nghệ điều khiển và vi điều khiển ngày càng được ứng dụng rộng rãi thì việc đòi hỏi phải có kiến thức vững vàng về tự động hóa của cán bộ kỹ thuật trong ngành cũng phải nâng lên tương ứng mới mong có thể nắm bắt các sản phẩm được sản xuất cũng như dây chuyền đi kèm, có như vậy mới có thể có một công việc vững vàng sau khi ra trường. Khi xem những chiếc xe ô tô của các nước sản xuất em không chỉ ngỡ ngàng và thán phục nền công nghiệp sản xuất ô tô của thế giới mà em còn tự hỏi: Bao giờ Việt Nam chúng ta cũng sẽ sản xuất được những chiếc xe như thế? Đây là câu hỏi em hy vọng thế hệ trẻ chúng em sẽ trả lời được dưới sự giúp đỡ tận tình của các Thầy và các bậc đàn anh đi trước. Vì những lý do trên em chọn đề tài "Khảo sát hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.4l" để làm đề tài tốt nghiệp. 2. Tổng quan đông cơ Duratorq 2.4l Động cơ Duratorq 2.4L của hãng FORD 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 74 KW/3500 v/ph, hệ thống phối khí của các xupáp 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 xupáp trên một xylanh (2 xupáp nạp, 2 xupáp thải) 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 điều khiển bằng điện tử và hệ thống tuần hoàn khí xả tạo cho động cơ luôn làm việc ở chế độ an toàn và hiệu quả cao. 2.1. Các thông số kỹ thuật động cơ Duratorq 2.4l Bảng 2-1 Bảng thông số kỹ thuật động cơ. Thông số  Giá trị  Đơn vị   Số kỳ  4    Số xy lanh  4 xy lanh xếp thẳng hàng    Thứ tự làm việc  1-3-4-2    Hành trình piston  94,6  [mm]   Đường kính xilanh  89,9  [mm]   Tổng dung tích  2402  [cm3]   Kiểu buồng cháy  Buồng cháy thống nhất    Tỷ số nén  19:1    Công suất cực đại  74[kW] / 3500[v/ph]    Momen xoắn cực đại  285 Nm / 1600[v/ph]    Góc phun sớm  210/ĐCT    2.2. Đặc điểm các nhóm chi tiết và cơ cấu của đông cơ Duratorq 2.4l 2.2.1. Nhóm piston Nhóm piston gồm piston, xécmăng, chốt piston, xécmăng khí, xécmăng dầu và các chi tiết hãm chốt piston. Piston là một chi tiết quan trọng của động cơ, cùng với xylanh và nắp xylanh tạo thành buồng cháy. Trong quá trình làm việc của động cơ đốt trong, nhóm piston có các nhiệm vụ chính sau: - Đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ cho không khí cháy trong buồng cháy không lọt xuống cácte và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy. - Tiếp nhận lực khí thể sinh ra do quá trình cháy nổ và truyền tới thanh truyền để làm quay trục khuỷu, nén khí trong quá trình nén, đẩy khí thải trong quá trình thải và hút khí nạp mới trong quá trình nạp. Kết cấu nhóm piston được thể hiện ở hình 1-1.
Hình 1-1 Kết cấu tổng thể nhóm piston động cơ Duratorq 2.4L. 1- Chốt piston ; 2- Vòng hãm ; 3- Xécmăng dầu ; 4- Xécmăng khí thứ hai ; 5- Xécmăng khí thứ nhất. 1. Piston Piston được đúc bằng hợp kim nhôm, do đó khối lượng của piston tương đối nhẹ. Trên piston có bố trí 3 rãnh để lắp xéc măng, trong đó có hai xéc măng khí và một xéc măng dầu. Đường kính của piston: D = 89,9 [mm]. Hành trình piston: S = 94,6 [mm].
Hình 1-2 Kết cấu piston. 1- Đỉnh piston; 2- đầu piston ; 3- thân piston ; 4- rãnh lắp xécmăng khí ; 5- rảnh lắp xéc măng dầu. Đỉnh piston có dạng lõm hình omega nhằm tăng dung tích buồng cháy. Dòng khí khi nạp vào có mức độ xoáy lốc cao tạo điều kiện tốt cho quá trình hoà trộn nhiên liệu. Khi động cơ làm việc đầu piston nhận phần lớn nhiệt lượng do khí cháy truyền cho nó và nhiệt lượng này truyền vào xécmăng thông qua rãnh xécmăng, rồi đến nước làm mát động cơ. Ngoài ra trong quá trình làm việc piston còn được làm mát bằng cách phun dầu vào phía dưới đỉnh piston. Kết cấu piston được thể hiện ở hình 1-2. Thân piston làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xylanh, là nơi chịu lực ngang N và là nơi để bố trí bệ chốt piston. 2. Xéc măng. Để bao kín không gian buồng cháy trong xilanh (dùng xécmăng khí) và ngăn không cho dầu nhờn sục vào buồng cháy (dùng xéc măng dầu). Xéc măng được chế tạo bằng gang hợp kim. Tiết diện xécmăng khí có dạng hình chữ nhật, miệng xécmăng được cắt bằng. Tiết diện xécmăng khí được thể hiện ở hình 1-3.
Hình 1-3 Tiết diện xécmăng khí. Trong rãnh xémăng dầu có khoang lỗ thoát dầu. Kết cấu xécmăng dầu được thể hiện ở hình 1-4.
Hình 1-4 kết cấu xécmăng dầu. 3. Chốt piston. Chốt piston được chế tạo bằng thép hợp kim. Mặt bên trong chốt pittông có dạng hình trụ rỗng. Chốt piston được lắp tự do trên bệ chốt và đầu nhỏ thanh truyền. Sử dụng hai vòng khoá để hãm hai đầu chốt pittông nhằm chống chuyển động dọc trục. Chốt piston là chi tiết dùng để nối piston với đầu nhỏ thanh truyền, nó truyền lực khí thể từ piston qua thanh truyền để làm quay trục khuỷu. Trong quá trình làm việc chốt piston chịu lực khí thể và lực quán tính rất lớn, các lực này thay đổi theo chu kỳ và có tính chất va đập mạnh. Khi làm việc chốt piston có thể xoay tự do trong bệ chốt piston và bạc lót của đầu nhỏ thanh truyền. Kết cấu chốt piston được thể hiện ở hình 1-5.
Hình 1-5 Kết cấu chốt piston. 2.2.2. Thanh truyền Thanh truyền là chi tiết dùng để nối piston với trục khuỷu và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu. Khi làm việc thanh truyền chịu tác dụng của: Lực khí thể trong xylanh, lực quán tính của nhóm piston và lực quán tính của bản thân thanh truyền. Thanh truyền có cấu tạo gồm 3 phần: Đầu nhỏ, thân và đầu to. Đầu nhỏ thanh truyền dùng để lắp với chốt piston có dạng hình trụ rỗng, đường kính trong của đầu nhỏ: 26 mm. Khi làm việc chốt piston có thể xoay tự do trong đầu nhỏ thanh truyền. Thân thanh truyền có tiết diện chữ I. Chiều rộng của thân thanh truyền tăng dần từ đầu nhỏ lên đầu to mục đích là để phù hợp với quy luật phân bố của lực quán tính tác dụng trên thân thanh truyền trong mặt phẳng lắc. Kết cấu thanh truyền được thể hiện ở hình 1-6.
Hình 1-6 Kết cấu thanh truyền. 1- Đầu nhỏ; 2- Thân ; 3- Đầu to ; 4- Nắp đầu to; 5- Bulông thanh truyền. Đầu to thanh truyền có dạng hình trụ rỗng. Đầu to được chia thành hai nửa, nhằm giảm kích thước đầu to thanh truyền mà vẫn tăng được đường kính chốt khuỷu, nửa trên đúc liền với thân, nửa dưới rời ra làm thành nắp đầu to thanh truyền. Hai nửa này được liên kết với nhau bằng bulông thanh truyền. Trên đầu to thanh truyền có lắp bạc lót để giảm độ mài mòn cho chốt khuỷu, bạc lót đầu to thanh truyền cũng làm thành hai nửa, khi bạc lót bị mòn thì được thay thế bằng bạc lót mới. Đầu to thanh truyền được chế tạo thành hai nửa và lắp ghép vào chốt khuỷu bằng hai bulông thanh truyền, giữa hai nắp thanh truyền có chốt định vị để tăng tính ổn định khi lắp ráp. Bạc lót đầu to thanh truyền được chế tạo bằng gộp thép tráng một lớp kợp kim chịu mòn, trên bạc lót có lỗ và rãnh để dẫn dầu bôi trơn và các vấu chống xoay, khi lắp ghép các vấu này bám vào các rãnh trên đầu to, do đó thuận tiện cho việc lắp ráp. Kết cấu bạc lót đầu to được thể hiện trên hình 1-7.
Hình 1-7 Cấu tạo bạc lót đầu to thanh truyền động cơ Duratorq. 2.2.3. Trục khuỷu Trục khuỷu là một trong những chi tiết quan trọng nhất, có cường độ làm việc lớn nhất và giá thành cao nhất của động cơ. Trục khuỷu của động cơ Duratorq bao gồm 5 cổ khuỷu (đường kính cổ khuỷu: 62 mm) và 4 chốt khuỷu (đường kính chốt khuỷu: 58 mm) và 8 đối trọng được chế tạo liền một khối, vật liệu chế tạo bằng thép hợp kim, các bề mặt làm việc gia công đạt độ bóng cao. Đầu trục khuỷu có phay hai rãnh then để lắp bánh răng dẫn động puly dẫn động bơm nước, máy phát và bơm dầu trợ lực. Bánh đà được lắp ở đuôi trục khuỷu bằng các bulông. Kết cấu chính của trục khuỷu thể hiện ở hình 1-8.
Hình 1-8 Kết cấu trục khuỷu. 1- Cổ khuỷu; 2, 3- Nút ren; 4- Chốt khuỷu; 5 – Đường dầu bôi trơn. 2.2.4. Hệ thống làm mát Hệ thống làm mát thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy đến môi chất làm mát để đảm bảo cho các chi tiết không bị quá nóng nhưng cũng như không bị quá nguội Hệ thống làm mát trên động cơ Duratorq 2.4l là hệ thống làm mát bằng chất lỏng. Ở hệ thống này, nhiệt độ từ xylanh truyền qua chất lỏng chứa trong các áo nước bao quanh xylanh, sau đó nước qua két nước có diện tích thích ứng. Ở đây sẽ có dòng không khí tuần hoàn qua bề mặt ngoài của két nước để làm mát nước. Dòng không khí được cung cấp bởi quạt gió và bởi sự chuyển động của xe, nó mang theo nhiệt tỏa ra ngoài khoảng không. Sơ đồ cấu tạo và sơ đồ nguyên lý của hệ thống làm mát trên động cơ như sau:
Hình 1-9 Hệ thống làm mát Két nước, 2. Quạt gió, 3. Bình nước 4. Van hằng nhiệt, 5 Đồng hồ, 6 Nước làm mát Bảng 1-2 Các thông số kỹ thuật của hệ thống làm mát. Kiểu làm mát  Làm mát cưỡng bức   Kiểu tỏa nhiệt  Tỏa nhiệt chéo qua luồng   Kiểu bơm nước  Cưỡng bức   Van hằng nhiệt  Bắt đầu mở: 800C Mở toàn bộ: 1150C   Khi động cơ làm việc, bơm nước hoạt động bơm nước tuần hoàn từ két nước vào các áo bao quanh xy lanh làm mát cho động cơ, nắp máy. Khi động cơ còn nguội (chưa đạt 800C) thì van hằng nhiệt mở để nước qua lò sưởi điện hâm nóng nước làm mát. Khi nhiệt độ của nước làm mát đạt 800C thì van hằng nhiệt đóng lại, van máy điều nhiệt mở để nước đi qua máy điều nhiệt về lại bơm. Một phần nước đi về két nước qua hệ thống tỏa nhiệt để hạ nhiệt độ của nước làm mát nhằm ổn định nhiệt độ cho động cơ làm việc. 2.2.5. Hệ thống bôi trơn Hệ thống bôi trơn của động cơ đốt trong có nhiệm vụ cung cấp dầu nhờn đến các mặt ma sát để làm giảm ma sát đồng thời làm mát và tẩy rửa bề mặt ổ trục. Hệ thống bôi trơn trên động cơ Duratorq 2.4l là hệ thống bôi trơn bằng áp lực cưỡng bức, với sơ đồ cấu tạo của hệ thống như sau:
Hình 1-10 Sơ đồ hệ thống bôi trơn 1- Phao; 2- Cacte; 3-Bơm; 5- Lọc thô; 4,6,12- van; 8- Trục khuỷu; 9- Vòi phun; 10- Trục cam; 11- Lọc tinh Khi động cơ làm việc, bơm dầu hoạt động bơm dầu từ cácte qua lọc dầu tới cổ trục khuỷu đến đầu to truyền, rồi theo đường dầu trong thanh truyền lên bôi trơn đầu nhỏ thanh truyền và chốt piston. Một đường dầu khác lên bôi trơn cổ trục cam, con đội, ống dẫn hướng xúpáp, tất cả các bộ phận trên đều được bôi trơn bằng áp lực. Thành xylanh, piston, chốt piston bôi trơn bằng lượng dầu văng ra từ thanh truyền và trục khuỷu. Trên hệ thống bôi trơn cũng có đồng hồ đo áp suất để báo áp suất làm việc của hệ thống. Áp suất ổn định của hệ thống là 7KN/m2, nếu áp suất không ổn định ở mức này thì cần kiểm tra và sửa chữa hệ thống bôi trơn động cơ. 2.2.6. Cơ cấu phân phối khí. Cơ cấu phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí, thải sạch khí thải ra ngoài trong kỳ thải và nạp đầy khí nạp mới vào xylanh động cơ trong kỳ nạp. Cơ cấu phân phối khí cần đảm bảo các yêu cầu sau: + Đóng mở đúng thời gian quy định. + Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông. + Khi đóng phải đóng kín, xupáp thải không tự mở trong quá trình nạp. + Ít mòn, tiếng kêu bé. + Dễ điều chỉnh và sửa chữa. Cơ cấu phân phối khí động cơ Duratorq 2.4l gồm hai cam dẫn động trực tiếp xupáp thông qua con đội thủy lực. Đặc điểm của hệ thống phối khí loại này là không có bộ phận đũa đẫy. Với hệ thống phối khí như thế phần nắp động cơ đơn giản và gọn hơn, hiệu suất làm việc cũng cao hơn hệ thống phối khí không có bộ phận đũa đẫy và khe hở nhiệt ít bị thay đổi hơn. Đặc biệt trên mỗi động cơ có 4 xupáp gồm 2 xupáp nạp và 2 xupáp thải, với kết cấu như thế này quá trình nạp sẽ nạp nhiều hơn và quá trình thải sẽ thải sạch hơn. Cơ cấu phối khí của động cơ Duratorq sử dụng phương án bố trí xupáp treo. Động cơ sử dụng 16 xupáp, gồm 8 xupáp thải và 8 xupáp nạp để điều khiển việc nạp và thải. Để dẫn động các xupáp, động cơ dùng hai trục cam bố trí trên nắp máy được dẫn động từ trục khuỷu thông qua bộ truyền xích. Các xupáp được bố trí thành hai dãy dọc theo thân máy, xupáp được dẫn động từ trục cam thông qua cò mổ, điều chỉnh khe hở xupáp tự động bằng con đội thuỷ lực. Động cơ Duratorq 2.4l dùng xupáp có đáy bằng, mặt làm việc quan trọng của xupáp là mặt côn. Mặt làm việc được gia công rất kỹ và đuợc mài rà với đế xupáp. Thân xupáp dùng để dẫn hướng cho xupáp. Khi làm việc thân xupáp trượt dọc theo ống dẫn hướng xupáp, ống dẫn hướng xupáp gắn chặt với nắp máy. Đuôi xupáp có một rãnh hãm hình trụ để lắp ghép với đĩa lò xo, đĩa lò xo được lắp với xupáp bằng hai móng hãm hình côn, mặt trên của đuôi xupáp được tôi cứng để tránh mòn. Thân xupáp: Thân xupáp có đường kính thích đáng để dẫn hướng tốt và chiu lực nghiêng khi xupáp đóng mở. Phần đuôi xupáp có dạng đặc biệt để có thể lắp ghép với dĩa lò xo. Kết cấu xupáp được thể hiện ở hình 1-11.
Hình 1-11 Kết cấu xupáp động cơ Duratorq. 1- Đuôi xupáp; 2- Thân xupáp; 3- Nấm xupáp. Các thống số của xupáp: Chiều dài của xupáp thải và xupáp nạp: 140 mm Đường kính xupáp nạp: 34 mm Đường kính xupáp thải: 30 mm Trục cam bao gồm 5 cổ trục để lắp vào nắp xylanh. Bên trong trục cam có đường dầu để bôi trơn, tẩy rửa và làm mát các bề mặt ma sát trong cơ cấu phân phối khí. Từ đường dầu chính trong trục cam có các đường dầu nhỏ để phân phối dầu bôi trơn đến mặt cam.
Hình 1-12 Trục cam. Trục cam được dẫn động bằng xích nên kết cấu gọn nhẹ. Để giữ cho xích luôn được căng người ta dùng cơ cấu căng xích có lò xo. Bên cạnh đó, để chống rung người ta dùng bản dẫn hướng cho xích. Sơ đồ trục khuỷu dẫn động trục cam như hình 1-13.
Hình 1-13 Sơ đồ trục khuỷu dẫn động trục cam. 1- Đĩa xích dẫn động cam nạp; 2- Đĩa xích dẫn động cam thải; 3- Bộ căn dây xích; 4- Đĩa xích chủ động; 5- Xích dẫn động; 6- Thanh dẫn hướng xích. 2.3. Hệ thống tăng áp trên động cơ Duratorq 2.4l. 2.3.1. Sơ đồ hệ thống tăng áp. Động cơ DURATORQ dùng tăng áp tuabin khí xả có bộ làm mát trung gian. Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống tăng áp thể hiện trên hình 1-13. Các chi tiết chính trong hệ thống tăng áp bao gồm: tuabin- máy nén, bộ phận chấp hành, bộ bù, van giảm áp, két làm mát...Nguyên lý hoạt động của sơ đồ trên như sau:
Hình 1-14 Sơ đồ hệ thống tăng áp trên động cơ DURATORQ. 1- Piston; 2- Bộ phận chấp hành; 3- Van giảm áp; 4- Máy nén; 5- Bầu lọc không khí nạp; 6- Bộ bù tuabin tăng áp; 7- Két làm mát không khí nạp. 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 5. 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 7 (đặt phía dưới trước đầu xe). Khi động cơ chạy ở tốc độ cao, năng lượng khí thải ra cao dẫn đến lưu lượng không khí nạp lớn, công suất động cơ tăng nhanh vượt quá giới hạn cần thiết. Do vậy, để điều chỉnh lại đường đặc tính của động cơ, tức là giảm mômen, công suất của động cơ ở vùng không làm việc và đảm bảo được tính tinh tế nhiên liệu của động cơ, thì người ta lắp thêm van giảm áp. Van giảm áp có tác dụng làm thay đổi lưu lượng khí thải cung cấp cho tuabin. Quá trình đóng mở của van giảm áp được điều khiển bởi bộ trợ lực kiểu màng. Bộ trợ lực kiểu màng hoạt động dựa vào sự thay đổi áp suất trên đường ống nạp. Sau khi tăng áp thì lượng môi chất nạp vào xilanh trong mỗi chu trình sẽ tăng. Để đạt mục đích tăng công suất cho động cơ cần tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình. Do vậy, trong hệ thống còn có thêm bộ bù 6, mục đích là để cung cấp thêm nhiên liệu cho động cơ khi cần thiết. Từ sơ đồ trên, ta thấy khi số vòng quay của động cơ tăng cao thì lưu lượng khí nạp lớn, dòng khí nạp được nối thông với khoang phía trên của bộ trợ lực kiểu màng. Khi áp suất khí nạp tác dụng lên diện tích màng tạo ra lực đẩy, nếu lực này lớn hơn độ căng của lò xo giữ màng thì sẽ đẩy màng dịch chuyển xuống phía dưới thông qua cần điều khiển nhiên liệu cung cấp vào xilanh được nhiều hơn. 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, nên công suất của động cơ tăng và giảm được thành phần các chất độc hại có trong khí xả. 2.3.2. 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. Vì vậy, giữa bạc và trục được bôi trơn bằng dầu cấp từ động cơ. Kết cấu bộ turbo thể hiện trên hình 1-14.
Hình 1-14 Cấu tạo của bộ turbo 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 1-15 Cấu tạo vỏ giữa. 1- Gối đỡ; 2- Lổ 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). Ông 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. 2.4. Hệ thống nạp và thải trên động cơ Duratorq 2.4l. Hệ thống thải trên động cơ Duratorq 2.4l được bổ sung thêm nhiều bộ phân khác như: bộ xúc tác 3 chức năng, bộ hồi lưu khí xả, cảm biến nồng độ ô xy nhằm hạn chế tối đa nồng độ khí ô nhiểm trong khí thải động cơ. Hệ thống nạp và thải trên động cơ Duratorq 2.4l có sơ đồ kết cấu như sau:
Hình 1-16 Hệ thống thải trên động cơ Duratorq 2.4l 1- Cảm biến MAF; 2- Bộ sử lý PCM; 3- Thiết bị chuyển đổi dùng xúc tác oxi; 4- Tuabin tăng áp; 5 – Van tự động điều chỉnh hồi lưu khí thải; 6- Cảm biến vị trí; 7- Chất làm lạnh; 8- Bộ phận làm mát EGR 2.4.1. Hệ thống hồi lưu khí thải (EGR ). Sự điều khiển hệ thống hồi lưu khí thải Bộ vi xử lý PCM (2) phát tín hiệu điều khiển mở van tự động điều chỉnh hồi lưu khí thải (5). Khí thải từ van (5) được làm mát ở bộ phận làm mát (8) sau đó sẽ đi vào ống hút hòa trộn với khí nạp vào xy-lanh động cơ. Ảnh hưởng của hệ thống hồi lưu khí thải Một phần khí thải sẽ cấp trở lại cho khí nạp. Giảm bớt lượng khí xả thải ra môi trường hạn chế được nồng độ các chất ô nhiễm Làm giảm thành phần oxy trong không khí nạp. Quá trình cháy sẽ bị kìm hãm bớt. Nhiệt độ trong quá trình cháy sẽ giảm. Lượng NOx (Oxid Nitơ) sinh ra sẽ giảm theo. 2.4.2. Bộ xúc tác 3 chức năng Bộ xúc tác 3 chức năng được lắp trên đường xả để xử lý tiếp các chất ô nhiễm trên đường thải. Khi động cơ làm việc, hỗn hợp khí nhiên liệu được đốt cháy trong kỳ nổ với các phương trình phản ứng cháy như sau:
+(Gốc OH). Nguyên lý làm việc: (được thể hiện ở hình 1-17) Sản phẩm cháy gồm: NOX, CO, HC, O2 được thải ra ngoài qua xúp páp thải vào ống góp thải, sau đó sản phẩm cháy đi qua bộ xúc tác 3 chức năng. Sau khi đi qua bộ xúc tác 3 chức năng các chất trong sản phẩm cháy như NOX, CO, HC, O2 sẽ trở thành các chất khác như N2, CO2, H2O hoàn toàn không độc hại đến môi trường, Sơ đồ nguyên lý làm viêc bộ xúc tác 3 thành phần như sau:
Hình 1-17 Cấu tạo bộ xúc tác 3 thành phần