Đồ án Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV trên xe Toyota Hiace

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 3 1. Mục đích ý nghĩa đề tài 3 2. Giới thiệu động cơ 2KD-FTV 4 2.1 Khái quát chung 4 2.2. Các cơ cấu chính của động cơ 6 3. Tổng quan về hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 11 3.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 11 3.1.1. Nhiệm vụ 11 3.1.2. Yêu cầu đối với hệ thống 12 3.2. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 12 3.3. Đặc điểm hình hành hoà khí trong động cơ diesel 13 3.3.1. Đặc điểm 13 3.3.2. Những đặc trưng của động cơ diesel 13 3.4. Đặc điểm kết cấu các bộ phận chính của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 14 3.4.1. Cấu tạo của bơm cao áp 14 3.4.2. Các dạng cấu tạo vòi phun trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 16 3.5. Nhược điểm của hệ thống nhiên liệu diesel cổ điển 18 3.5.1. Đặc tính tốc độ của bơm cao áp 18 3.5.2. Đặc tính phun của hệ thống phun nhiên liệu kiểu cũ 19 3.6. Giới thiệu hệ thống Common Rail Diesel 21 4. Thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV 22 4.1. Tính toán nhiệt và các thông số kết cấu cơ bản của bơm cao ap và vòi phun 22 4.1.1. Tính toán nhiệt 22 4.1.2. Xác định các thông số cơ bản của bơm cao áp 33 4.1.3. Xác định các thông số cơ bản của vòi phun 34 4.2. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 35 4.3. Đặc tính và chức năng của hệ thống 36 4.4. Ưu điểm của hệ thống nhiên liệu này 37 4.5. Kết cấu hệ thống nhiên liệu common rail cho động cơ 2KD-FTV 37 4.5.1. Vùng áp suất thấp 37 4.5.2. Vùng áp suất cao 40 4.6. Các cảm biến và bộ điều khiển của hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV 57 4.6.1. Cảm biến vị trí van cắt đường nạp 57 4.6.2. Cảm biến vị trí bàn đạp ga 59 4.6.3. Các bộ tạo tín hiệu G và NE(Cảm biến trục cam,trục khuỷu ) 61 4.6.4. Cảm biến nhiệt độ nước, Cảm biến nhiệt độ khí nạp 63 4.6.5. Cảm biến áp suất tăng áp 65 4.6.6. Cảm biến vị trí van EGR 66 4.6.7. Bộ điều khiển điện tử (ECU – Electronic Control Unit) 67 4.6.8. EDU ( Electronic Driver Unit ) 72 4.7. Các quá trình điều khiển phun nhiên liệu 72 4.7.1. xác định lương phun 72 4.7.2. Xác định thời điểm phun 75 4.7.3. Đièu khiển lượng phun trong khi khởi động 75 4.7.4. Phun trước 76 4.7.5. Điều khiển tốc độ không tải 77 4.7.6. Điều khiển giảm rung động khi chạy không tải 78 4.7.7. Điều khiển áp suất nhiên liệu 78 5. Tìm hiểu các dạng hư hỏng, cách khắc phục và chẩn đoán 79 5.1. Các dạng hư hỏng thường gặp ở hệ thống nhiên liệu 79 5.1.1. Các hư hỏng bơm cao áp 79 5.1.2. Các hư hỏng của vòi phun 79 5.1.3. Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu 79 5.1.4. Các hư hỏng của đường ống dẫn nhiên liệu 79 5.1.5. Hư hỏng hệ thống điện tử và các cảm biến 80 5.2. Khắc phục các hư hỏng hệ thống nhiên liệu 80 5.2.1. Bơm cao áp 80 5.2.2. Ống phân phối 80 5.2.3. Vòi phun 80 5.3. Phương pháp chẩn đoán 80 5.3.1. Động cơ không tải, không êm, bị rung động 80 5.3.2. Động cơ có tiếng gõ, kêu lạch cạch 81 5.3.3. Động cơ yếu, bị ì 81 5.4. Công tác bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu common rail lắp trên động cơ 2KD-FTV 82 6. Kết luận. 84 Tài liệu tham khảo. 87 LỜI NÓI ĐẦU Đi lại, vận chuyển hàng hóa là nhu cầu khổng lồ và ngày càng tăng của con người trên toàn thế giới. Ô tô gần như là phương tiện chủ lực đáp ứng nhu cầu đó. Công nghệ ô tô là một ngành khoa học kỹ thuật phát triển rất nhanh trên phạm vi toàn thế giới, để đáp ứng nhu cầu trên đã làm cho tốc độ gia tăng số lượng ô tô trên thế giới rất nhanh. Do đó, tình hình giao thông ngày càng phức tạp và nảy sinh ra các vấn đề cấp bách cần phải giải quyết như tai nạn giao thông, ô nhiễm môi trường, khủng hoảng nhiên liệu… Để giải quyết các vấn đề đó, đòi hỏi ngành công nghệ ô tô phải áp dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến trong thiết kế, ứng dụng các nguyên vật liệu và công nghệ hiện đại để cho ra đời những chiếc xe ngày càng hoàn hảo với tính năng vận hành và tính an toàn vượt trội. Một trong những hệ thống rất mới liên quan đến điều khiển động cơ đó là hệ thống nhiên liệu COMMON RAIL. Hệ thống nhiên liệu common rail là một cải tiến trong động cơ diesel và 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. Và trong quá trình học tập, đặc biệt trong hai tháng thực tập tốt nghiệp em đã được tiếp xúc, tìm hiểu về hệ thống nhiên liệu này và nhận thấy đây là đề tài rất mới liên quan đến chuyên nghành cơ khí động lực của mình. Chính vì vậy em đã chọn đề tài tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV trên xe Toyota HIACE. Do kiến thức của bản thân còn hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều và thời gian có hạn nên đồ án này của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong thầy giáo hướng dẫn và các thầy cô trong bộ môn tận tình chỉ bảo thêm để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS:Trần Văn Nam, cùng các thầy cô giáo trong bộ môn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Đà nẵng tháng 6 năm 2010 Sinh viên thực hiện. Hoàng Văn Tuấn 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. Động cơ diesel là một trong những động cơ được sử dụng trên ôtô. Nó có những yêu điểm là nhiên liệu diesel rẻ hơn các loại nhiên liệu khác, sinh ra mômen xoắn lớn hơn, hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao hơn. Tuy nhiên trước kia nó lại chỉ thường được sử dụng trên xe tải do gây ra tiếng ồn lớn và ôi nhiễm môi trường. Hệ thống nhiên liệu common rail là một cải tiến trong động cơ diesel và 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... Vì vậy ngày nay động cơ sử dụng nhiện liệu diesel không những được sử dụng trên xe tải mà còn được sử dụng trên các dòng xe cao cấp của các hãng như Toyota, Mercedes, BMW và Volkswagen… Việc nghiên cứu hệ thống nhiên liệu Common Rail sẽ giúp chúng ta nắm bắt những kiến thức cơ bản để nâng cao hiệu quả khi sử dụng, khai thác, 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 ước mong muốn của rất nhiều người đối với ngành công nghiệp ô tô Việt Nam, là sinh viên ngành động lực em hi vọng mình cũng sẽ đóng góp một phần nhỏ nào đó để nền công nghiệp ô tô Việt Nam ngày càng phát triển. Vì những lý do trên em chọn đề tài "Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV trên xe Toyota Hiace" để làm đề tài tốt nghiệp. 2. Giới thiệu động cơ 2KD-FTV 2.1 Khái quát chung
Hình 2-1 Mặt cắt động cơ 2KD-FTV Động cơ 2KD-FTV của hãng Toyota là loại động cơ Diesel tuabin tăng áp TOYOTA D-4D, 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, với hệ thống hồi lưu khí xả, hệ thống tăng áp tuabin và hệ thống phối khí của các xupáp được dẫn động trực tiếp từ trục cam thông qua con đội thuỷ lực, việc 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… Bảng 1-1 Bảng thông số kỹ thuật động cơ. Tên thông số  Kí hiệu  Giá trị  Thứ nguyên   Công suất có ích  Ne  75  KW   Dung tích xi lanh  Vh  2494  Cm3   Tỉ số nén  ε  18,5    Số vòng quay định mức  n  3600  Vg/ph   Đường kính xylanh  D  92  mm   Hành trình piston  S  93,8  mm   Số xylanh  i  4  Xylanh   Số kỳ  τ  4    Góc mở sớm xupap nạp  (1  2  Độ   Góc đóng muộn xupap nạp  (2  31  Độ   Góc mở sớm xupap thải  (3  30  Độ   Góc đóng muộn xupap thải  (4  0  Độ   Góc phun sớm  (s  12  Độ   Loại buồng cháy  Thống nhất   Loại động cơ  Tăng áp tuabin khí   2.2. Các cơ cấu chính của động cơ 2.2.1. Thân máy
Hình 2-2 Thân máy -Được chế tạo bằng thép hợp kim thấp -Bổ sung nhiều gân tăng cứng giúp giảm rung động 2.2.2. Piston -Buồng cháy được tạo ra trên đỉnh piston để phù hợp với việc phun nhiên liệu trực tiếp
Hình 2-3 Piston 2.2.3. Thanh truyền và bạc thanh truyền -Thanh truyền làm bằng thép có độ bền cao -Giữa 2 nắp thanh truyền có chốt định vị để tăng tính ổn định khi lắp ráp. -Bạc thanh truyền làm bằng nhôm và có vấu định vị
Hình 2-4 Thanh truyền và bạc thanh truyền 2.2.4. Trục khuỷu và bạc trục khuỷu
Hình 2-5 Trục khuỷu và bạc trục khuỷu +Trục khuỷu có 5 cổ trục và 8 khối cân bằng +Bạc trục khuỷu được doa tinh sẽ đạt được khe hở dầu tối ưu. Do đó cải thiện trạng thái khởi động lạnh và giảm được rung động của động cơ +Nửa bạc trên có rãnh dầu dọc theo lòng chu vi 2.2.5. Cơ cấu xu páp
Hình 2-6 Cơ cấu xu páp -Mỗi xy lanh có 2 xu-páp nạp xả với các cửa nạp/xả rộng hơn sẽ tăng cường hiệu quả nạp và xả -Các xu páp được mở/ đóng trực tiếp bằng trục cam -Đai cam dẫn động trục cam nạp, sau đó trục cam xả được trục cam nạp dẫn động thông qua bánh răng. -Trục cam và xu páp
Hình 2-7 Trục cam và xu páp 1- Bánh răng dẫn động cam nạp ; 2- Cam nạp ; 3- Bánh răng dẫn động cam xả ; 4- Cam xả ; 5- Cam ;6- Lò xò xupap ; 7- Xupap +Con đội xu páp là loại không dùng căn đệm điều chỉnh. +Cần thay thế con đội xu páp để đạt được khe hở thích hợp. 2.2.6. Hệ thống bôi trơn -Lỗ phun dầu của piston nằm dưới đáy quả piston. -Mỗi vòi phun dầu đều có van 1 chiều để ngăn chặn việc bơm dầu khi áp suất dầu động cơ là thấp.
Hình 2-8 Phun dầu làm mát piston 2.2.7. Hệ thống làm mát động cơ Động cơ 2KD-FTV có hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức, kiểu kín, nước tuần hoàn trong hệ thống nhờ bơm ly tâm được dẫn động từ trục khuỷu.
Hình 2-9 Cách bố trí hệ thống làm mát 2.2.8. Tua bin tăng áp Là loại gọn nhẹ, được làm mát bằng áo nước tại ổ bạc giúp cải thiện tính năng nạp Van cửa xả sẽ điều khiển áp suất tăng áp của tua bin, vận hành bằng cơ cấu cơ khí tùy vào áp suất của tua bin
Hình 2-10 Tua bin tăng áp 2.2.9. Van EGR Van này được lắp trên đường nạp, do được làm mát nên cho phép lượng khí xả lớn hơn đi qua. Một cảm biến vị trí van EGR sẽ đo trực tiếp vị trí mở của van, giá trị đo này được ECU động cơ theo dõi để hiệu chỉnh chính xác độ mở của van 
 Hình 2-11 Van EGR 3. Tổng quan về hệ thống nhiên liệu động cơ diesel Động cơ diesel là phát minh của Rudolf Diesel, người đã tốt nghiệp Đại học Kỹ thuật ở Munich, Đức, với số điểm cao nhất trong lịch sử của trường. Ông đã được cấp bằng sáng chế cho động cơ diesel đầu tiên vào năm 1892.Từ đó, công nghệ động cơ diesel vẫn không ngừng được cải tiến, và bất chấp nhiều quan điểm hoài nghi từ trong ngành, hãng Mercedes-Benz của Đức đã cho ra mắt chiếc ô tô lắp động cơ diesel đầu tiên trên thế giới, xe 260D, vào năm 1936. Từ đó đến nay động cơ Diesel không ngừng được cải tiến, với các giải pháp kỹ thuật tối ưu làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu. Các nhà động cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm giới hạn các chất ô nhiễm. 3.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 3.1.1. Nhiệm vụ -Dự trữ nhiên liệu đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định mà không cần cấp thêm nhiên liệu; lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu ; giúp nhiên liệu chuyển động thông thoáng trong hệ thống. - Cung cấp nhiên liệu cho động cơ đảm bảo tốt các yêu cầu sau: +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 liệu vào các xylanh phải đông đều +Phải phun nhiên liệu vào xylanh qua lỗ phun nhỏ với chênh áp lớn phía trước và sau 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, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phunvới hình dạng buồng cháy và với cường độ và phương hướng chuyển động của môi chất trong buồng cháy để hoà khí được hình thành nhanh và đều. 3.1.2. 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; 3.2. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel
Hình 3-1 Hệ thống nhiên liệu động cơ diezel 1- Thùng chứa; 2,5,- Ống nhiên liệu thấp áp; 3- Lọc thô; 4- Bơm chuyển;6- Lọc tinh; 7,12,13- Ống nhiên liệu hồi; 9- Bơm cao áp; 10- Ống nhiên liệu cao áp; 11. Vòi phun. Trên hình 3-1 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. 3.3. Đặc điểm hình hành hoà khí trong động cơ diesel 3.3.1. Đặc điểm Có hai đặc điểm sau: - Hoà khí được hình thành bên trong xylanh động cơ với thời gian rất ngắn; tính theo góc quay 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 nhằm tạo ra hoà khí, mặt khác phải đảm bảo cho nhiệt độ không khí trong buồng cháy tại thời gian phun nhiên liệu đủ lớn để hoà khí có thể tự bốc cháy. - Quá trình hình thành hoà khí và quá trình bốc cháy nhiên liệu của động cơ diesel chồng chéo lên nhau. Sau khi phun nhiên liệu, trong buồng cháy diễn ra một loạt thay đổi lý hoá của nhiên liệu, sau đó phần nhiên liệu phun vào trước đã tạo ra hoà khí, tự bốc cháy, trong khi nhiên liệu vẫn được phun tiếp, cung cấp cho xylanh của động cơ. Như vậy sau khi đã cháy một phần, hoà khí vẫn tiếp tục được hình thành, và thành phần hoà khí thay đổi liên tục trong không gian của quá trình. 3.3.2. Những đặc trưng của động cơ diesel Do thời gian hình thành hoà khí bên trong ngắn, làm cho chất lượng hoà trộn rất khó đạt tới mức độ đồng đều, vì vậy động cơ có những đặc trưng sau: - Trong quá trình nén, bên trong xylanh chỉ là không khí, do đó có thể tăng tỷ số nén ε , qua đó làm tăng hiệu suất động cơ, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi làm tăng nhiệt độ môi chất giúp hoà khí dễ tự bốc cháy. - Đường nạp chỉ có không khí nén nên không cần để ý đến vấn đề sấy nóng, bay hơi của nhiên liệu trên đường nạp như máy xăng. Có thể dùng đường nạp có kích thước lớn ít gây cản và không cần sấy nóng với cấu tạo đơn giản. - Có thể dùng hoà khí rất nhạt trong buồng cháy (do tính hoà trộn không đều của hoà khí) nên có thể sử dụng cách điều chỉnh chất (tức chỉ điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho chu trình mà không điều chỉnh lượng không khí) khi cần thay đổi tải của động cơ. - Động cơ diezen có một mặt bất lợi (do tính chất hoà trộn không đều tạo ra ) là bị hạn chế khả năng giảm α ( tức là không thể sử dụng hết không khí thừa trong buồng cháy để đốt thêm nhiên liệu ) và khả năng nâng cao tốc độ động cơ ( do tốc độ cháy của hoà khí không đều chậm hơn ). Những hạn chế trên đã làm cho công suất lít (công suất đơn vị) của động cơ diesel nhỏ hơn so với động cơ xăng. Các hệ thống nhiên liệu diesel thường khác nhau ở cấu tạo của bơm cao áp, vòi phun. Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu một số dạng cấu tạo của chúng. 3.4. Đặc điểm kết cấu các bộ phận chính của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 3.4.1. Cấu tạo của bơm cao áp a. Cấu tạo bơm cao áp thẳng hàng
Hình 3-2 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 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. 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 tạo bơm 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 3-3 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 3.4.2. 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 3-4 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. 3.5. 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… 3.5.1. 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 3-5 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 (hình 3-5) 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.