BÁO cáo đồ án tốt NGHIỆP động cơ phun dầu điện tử SSANGYONG REXTON II

Điều này làm tăng nhiệt độ không khí bên trong xi lanh lên cao đến mức nhiên liệu diesel được phun vào buồng đốt tự bốc cháy.. Động cơ diesel tốc độ thấp như được sử dụng trong tàu và cá

o DANH MỤC

1 Ý NGHĨA 4

2 MỤC TIÊU 5

3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

3.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ DIESEL PHUN DẦU ĐIỆN TỬ 5

3.2 SỰ KHÁC BIỆT GIỮA ĐỘNG CƠ DISEL VÀ ĐỘNG XĂNG 7

3.3 TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA NHIÊN LIỆU DIESEL 9

3.3.1 Khối lượng riêng 9

3.3.2 Độ nhớt 9

3.3.3 Tính bốc hơi 9

3.3.4 Nhiệt độ tự cháy 9

3.3.5 Nhiệt độ đông đặc 9

3.4 TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA NHIÊN LIỆU DIESEL 9

3.4.1 Nhiệt trị 9

3.4.2 Thành phần lưu huỳnh và tạp chất 10

3.4.3 Độ axit 10

3.5 ĐÁNH GIÁ TÍNH TỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU 10

3.5.1 Tỷ số nén của nhiên liệu diesel ع th 10

3.5.2 Chỉ số xêtan: 12

3.5.3 Hằng số nhớt – khối lượng W: 12

3.6 GIẢN ĐỒ CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 12

3.6.1 Đặc điểm hình thành hòa khí trong động cơ diesel 12

3.6.2 Đặc điểm quá trình cháy của động cơ diesel 13

4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ 18

4.1 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL 18

4.2 CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG 20

4.2.1 Thùng chứa nhiên liệu 20

4.2.2 Bơm tay 21

4.2.3 Lọc nhiên liệu 21

4.2.4 Bơm cao áp 21

4.2.5 Ống trữ nhiên liệu áp suất cao 21

4.2.6 Đường ống áp suất cao (đường ống nhiên liệu) 22

4.2.7 Kim phun 22

5 HỆ THỐNG ĐIỆN ĐÔNG CƠ 25

5.1 MẠCH KHỞI ĐỘNG 25

5.2 ECU 26

5.2.1 Sơ đồ mạch điện ECU 29

5.2.2 Booster pressure sensor (cảm biến áp suất tăng áp) 32

5.2.3 Atmospheric pressure sensor (áp suất khí quyển ) 33

5.2.4 Air flow sensor (cảm biến lưu lượng khí nạp) 33

5.2.5 Coolant temperature sensor 35

5.2.6 Fuel temperature sensor (cảm biến nhiệt độ nhiên liệu) 37

5.2.7 Fuel pressure sensor (cảm biến áp suất nhiên liệu) 37

5.2.8 Fuel filter water sensor (cảm biến nước) 38

5.2.9 Knock sensor (cảm biến kích nổ ) 38

5.2.10 Crankshaft position sensor (cảm biến trục khủy) 39

5.2.11 Camshaft position sensor (cảm biến vị trí trục cam ) 40

5.2.12 Swich input signal (tín hiệu khác) 42

5.2.13 Cảm biến bàn đạp ga 43

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 3-1 Biểu đồ quá trình cháy của động cơ 14

Hình 4-1 Quá trình hình thành nhiên nhiên liệu 19

Hình 4-2 Hệ thống nhiên liệu 20

Hình 4-3 Cấu tạo kim phun 22

Hình 4-4 Quá trình phun nhiên liệu 23

Hình 5-1 Sơ đồ mạch khởi động 25

Hình 5-2 Sơ đồ tín hiệu 26

Hình 5-3 Sơ đồ mạch điện ECU 31

Hình 5-4 Cảm biến áp suất tăng áp 32

Hình 5-5 Sơ đồ chân cảm biến 33

Hình 5-6 Cấu tạo cảm biến lưu lượng khí nạp 34

Hình 5-7 Nguyên lý hoạt động 35

Hình 5-8 Sơ đồ chân cảm biến HFM 35

Hình 5-9 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 36

Hình 5-10 Sơ đồ chân cảm biến nhiệt độ nước làm mát 36

Hình 5-11 Sơ đồ chân cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 37

Hình 5-12 Cảm biến áp suất nhiên liệu 38

Hình 5-13 Sơ đồ chân cảm biến áp suất nhiên liệu 38

Hình 5-14 Cảm biến kích nổ 39

Hình 5-15 Sơ đồ chân cảm biến kích nổ 39

Hình 5-16 Cảm biến trục khuỷu 40

Hình 5-17 Sơ đồ chân cảm biến trục khuỷu 40

Hình 5-18 Cảm biến vị trí trục cam 41

Hình 5-19 Sơ đồ chân cảm biến vị trí trục cam 41

Hình 5-20 Sơ đồ chân tín hiệu công tắc phanh 42

Hình 5-21 Sơ đồ chân tín hiệu bàn đạp ly hợp 42

Hình 5-22 Sơ đồ chân cảm biến bàn đạp ga 43

1 Ý NGHĨA

Ngành công nghiệp ô tô được đánh giá là một trong những ngành công nghiệp đi đầu, kéo theo sự phát triển của các ngành công nghiệp khác Vì vậy, sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp ô tô được xem là nhân tố tác động tích cực thúc đẩy các ngành có liên quan phát triển, tạo động lực xây dựng nền công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

Ô tô là sản phẩm được cấu thành từ hơn 3.000 phụ tùng, linh kiện khác nhau (đối với ô tô con, số linh kiện, phụ tùng có thể từ hơn 20.000 đến 30.000 – tính theo những linh kiện nhỏ nhất) được sản xuất từ nhiều ngành nghề khác nhau, chủ yếu là cơ khí, điện tử, cao su-nhựa, trong đó nhiều phụ tùng lại được lắp ráp từ vài chục đến vài trăm linh kiện như động cơ, hộp số

Để nâng cao và duy trì chất lượng cho nguồn nhân lực trong mỗi tổ chức thì một hoạt động không thể thiếu đó là công tác đào tạo nguồn nhân lực Thông qua các hoạt động đó giúp cho các tổ chức tạo được vị thế của mình trong môi trường kinh doanh cạnh tranh ngày càng khốc liệt Hướng tới việc đào tạo nguồn nhân lực có trình độ chuyên môn cao thì chúng ta cần một chương trình đào tạo khoa học gắn liền với thực tiễn Các công nghệ trên động cơ ô tô hiện tại thì luôn được đổi mới và cải tiến nhằm hướng tới việc tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, an toàn và tiện lợi Cùng với đó là sự phức tạp trong hệ thống điều khiển để đảm bảo các chức năng trên vận hành ổn định Đồ án của chúng tôi giúp cho người kĩ thuật viên tìm hiểu thêm

về công nghệ mới được áp dụng trên động cơ SSANGYONG REXTON II bao gồm cấu tạo, nguyên lý của hệ thống phun dầu điện tử, các cảm biến sử dụng trên động cơ

và cách vận hành của động cơ thông qua hộp điều khiển ECU Nhờ đó mà kĩ thuật viên có thể nắm bắt các công nghệ hiện đại, biết cách thức kiểm tra sửa chữa khi có

lỗi xảy ra trên xe Thông qua đồ án này nó không chỉ giúp cho chúng tôi có thêm kiến

thức chuyên sâu, hiểu rõ công việc thực tế cần phải làm mà còn là tài liệu có thể lưu trữ lại giúp các bạn sinh viên khóa sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu và phát triển

2 MỤC TIÊU

Thiết kế và đại tu mô hình động cơ

Nêu ra cấu tạo và nguyên lý các bộ phận trong hệ thống

Xây dựng quy trình chẩn đoán động cơ

Đối tượng đề tài là động cơ phun dầu điện tử SSANGYONG REXTON II

3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 Lịch sử phát triển động cơ diesel phun dầu điện tử

Động cơ Diesel hay còn gọi là động cơ nén cháy hoạt động theo nguyên lý tự cháy, được Rudolf Diesel phát minh vào năm 1892 và đặt theo tên ông Động cơ Diesel là một loại động cơ đốt trong, trong đó việc đánh lửa nhiên liệu được gây ra bởi nhiệt độ cao của không khí trong xi lanh do nén cơ học (nén đoạn nhiệt) Điều này trái ngược với các động cơ đánh lửa như động cơ xăng hay động cơ ga (sử dụng nhiên liệu khí)

sử dụng bộ đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu-không khí Đến năm 1927 Robert Bosh mới phát triển bơm cao áp (bơm phun Bosch lắp cho động cơ Diesel trên ô tô thương mại và ô tô khách vào năm 1936)

Động cơ diesel hoạt động bằng cách chỉ nén không khí Điều này làm tăng nhiệt độ không khí bên trong xi lanh lên cao đến mức nhiên liệu diesel được phun vào buồng đốt tự bốc cháy Với nhiên liệu được đưa vào không khí ngay trước khi đốt, sự phân tán của nhiên liệu không đồng đều; đây được gọi là hỗn hợp nhiên liệu-không khí không đồng nhất Mô-men xoắn mà động cơ diesel tạo ra được điều khiển bằng cách điều khiển tỷ lệ nhiên liệu-không khí (λ); thay vì điều tiết khí nạp, động cơ diesel phụ thuộc vào việc thay đổi lượng nhiên liệu được phun và tỷ lệ nhiên liệu-không khí thường cao

Động cơ diesel có hiệu suất nhiệt cao nhất (hiệu suất động cơ) so với bất kỳ động

cơ đốt trong hoặc đốt ngoài Động cơ sử dụng chu trình Diesel thường hiệu quả hơn, mặc dù bản thân chu trình Diesel kém hiệu quả hơn ở các tỷ số nén bằng nhau Vì động cơ diesel sử dụng tỷ số nén cao hơn nhiều (nhiệt nén được sử dụng để đốt cháy nhiên liệu diesel cháy chậm), tỷ lệ cao hơn đó bù đắp cho tổn thất bơm không khí trong động cơ, do hệ số giãn nở rất cao và đốt cháy nghèo vốn có cho phép tản nhiệt bởi không khí dư thừa Một sự mất mát hiệu suất nhỏ cũng được tránh so với động cơ

phun xăng thì nhiên liệu không cháy không có ở chụp xupap và do đó nhiên liệu không

đi trực tiếp từ đầu vào ra ống xả Động cơ diesel tốc độ thấp (như được sử dụng trong tàu và các ứng dụng khác trong đó trọng lượng tổng thể của động cơ tương đối không quan trọng) có thể đạt hiệu suất hiệu quả lên tới 55%.[1]

Các động cơ diesel trên đường hiện tại có hiệu suất nhiệt xấp xỉ 42% khi đầy tải, với 28% năng lượng nhiên liệu bị lãng phí trong khí thải (bao gồm 4% tổn thất do bơm), 28% năng lượng tiêu hao nhiên liệu đến phương tiện làm mát khi loại bỏ nhiệt môi trường xung quanh (bao gồm 4% do ma sát cơ học và các phụ kiện ký sinh), và 2% là thất thoát nhiệt khác

Động cơ turbo-diesel hiện đại sử dụng hệ thống phun nhiên liệu common-rail được điều khiển điện tử để tăng hiệu suất Với sự trợ giúp của hệ thống nạp turbo biến đổi hình học (mặc dù phải bảo dưỡng nhiều hơn), điều này cũng làm tăng mô-men xoắn của động cơ ở tốc độ động cơ thấp (1200-1800 RPM) Động cơ diesel tốc độ thấp như MAN S80ME-C7 đã đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng tổng thể là 54,4%, đây

là mức chuyển đổi nhiên liệu thành công suất cao nhất đối với bất kỳ động cơ đốt trong nào Các động cơ diesel trong xe tải lớn, xe buýt và ô tô diesel mới hơn có thể đạt hiệu suất cao nhất khoảng 45%

Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng được cải tiến với các giải pháp kỹ thuật tối ưu nhắm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu Các nhà nghiên cứu về động cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và

tổ chức quá trình cháy nhằm hạn chế các chất ô nhiễm Các biện pháp chủ yếu tập chung vào giải quyết các vấn đề:

- Tăng tốc độ phun để 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

Hiện nay các nhược điểm đó đã được khắc phục bằng cách cải tiến một số bộ phận của hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử như:

- Bơm cao áp điều khiển điện tử

- Vòi phun điện tử

- Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (ống Rail)

Với các ứng dụng mạnh mẽ về điều khiển tự động trong hệ thống nhiên liệu Diesel

và nhờ sự phát triển về công nghệ, năm 1986 Bosch đã đưa ra thị trường cơ cấu điều khiển điện tử cho hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel được gọi là hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel Cho đến ngày nay hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail Diesel đã được hoàn thiện Trong động cơ Diesel hiện đại áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi phun một cách riêng biệt, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong một đường ống (Rail) và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu So với các hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thông thường thì Common Rail Diesel đã đáp ứng

và giải quyết được những vấn đề:

- Giảm tối đa mức độ tiếng ồn

- Nhiên liệu được phun ra với áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, áp suất phun có thể đạt tới 184 MPa Thời gian phun cực ngắn và tốc độ phun cực nhanh (khoảng 1,1 ms)

- Có thể thay đổi áp suất phun và thời điểm phun tùy theo chế độ làm việc của động cơ

3.2 Sự khác biệt giữa động cơ disel và động xăng

Hút Hút không khí vào xilanh

Hệ thống nhiên liệu cung cấp không khí vào lòng xilanh, hoà khí được hình thành trong lòng xilanh

Hút hoà khí vào xilanh Hoà khí được hình thành từ bên ngoài, nhờ có bộ chế hoà khí

Nén Khí nạp nén đạt được áp suất

P = (30÷35) kg/cm2, nhiệt độ

T = (500÷600) oC Cuối quá trình nén nhiên liệu được phun sớm vào buồng đốt

Hoà khí được nén với áp suất

P = (8÷10) kreg/cm2, nhiệt độ T

= (200÷300) oC Cuối quá trình nén tia lửa phát ra từ bugi đốt cháy hoà khí

Nổ Nhiên liệu phun vào xilanh

hoà trộn với không khí tự bốc cháy nhờ nhiệt độ cao của không khí trong buồng đốt Hỗn hợp nhiên liệu cháy – giãn nở

và sinh công

Hoà khí được tin lửa của bugi đốt cháy Hỗn Hợp nhiên liệu cháy – giãn nở và sinh công

Xả Khí thải được đẩy ra ngoài

bằng cửa thải và đường ống thải

Khí thải được đẩy ra ngoài bằng cửa thải và đường ống thải

 Ưu điểm:

- Công suất động cơ Diesel lớn hơn 1,5 lần so với động cơ xăng

- Nhiên liệu Diesel rẻ tiền hơn xăng

- Suất tiêu hao nhiên liệu riêng của động cơ Diesel thấp hơn động cơ xăng

- Nhiên liệu Diesel không b cháy ở nhiệt độ bình thường, vì vậy ít nguy hiểm

- Động cơ Diesel ít hư hỏng vặt vì không có bộ đánh lửa và bộ chế hoà khí

 Nhược điểm:

- Cùng một công suất thì động cơ Diesel có khối lượng nặng hơn động cơ xăng

- Những chi tiết của hệ thống nhiên liệu như bơm cao áp, kim phun được chế tạo rất tinh vi, đòi hỏi độ chính xác cao với dung sai 1/1000mm Tỉ số nén cao đòi hỏi vật liệu chế tạo các chi tiết động cơ như nắp xilanh, …phải tốt Các yếu tố trên làm cho động cơ Diesel đắt tiền hơn động cơ xăng

- Sửa chữa hệ thống nhiên liệu cần phải có máy chuyên dùng, dụng cụ đắt tiền và thợ chuyên môn cao

- Tốc độ động cơ Diesel thấp hơn tốc độ động cơ xăng

3.3 Tính chất vật lý của nhiên liệu diesel

Thông thường khối lượng riêng ρ của nhiên liệu được cho ở nhiệt độ 20oC Căn cứ vào khối lượng riêng cũng có thể sơ bộ biết được khả năng bay hơi của nhiên liệu Nhiên liệu diesel là nhiên liệu nặng, khó bay hơi nên ρ = 0,80÷0,95g/cm

Độ nhớt của nhiên liệu thường được cho ở 20oC và ở hai dạng:

Độ Nhớt động học: ν (m2/s và cm2/s tức St – stốc) Đối với diesel có ν = 2,5÷8,5cSt

Độ nhớt tương đối: là tỷ số giữa thời gian chảy của 200ml nhiên liệu vào 200ml nước cất ở cùng 20oC qua lỗ đo của thiết bị đo độ nhớt Độ nhớt tương đối còn có tên gọi là Engle kí hiệu là Et và thiết bị đo là Engle kế nếu độ nhớt tương đối lớn hơn 5o

Et thì phải hâm nóng nhiên liệu trước khi sử dụng

nhiên liệu quyết định tính chất và thời gian của quá trình hình thành hỗn hợp Tính

bốc hơi phụ thuộc vào thành phần của nhiên liệu và được thể hiện qua đường cong

chưng cất

3.3.4 Nhiệt độ tự cháy

Nhiệt độ thấp nhất mà hỗn hợp nhiên liệu – không khí ( với tỷ lệ nhất định ) tự bốc cháy ( không cần nguồn lửa từ bên ngoài ) Nhiệt độ tự cháy thường tỷ lệ nghịch với khối lượng riêng ρ Paraphin có nhiệt độ tự cháy thấp nhất còn các-bua-hy-dro thơm

có nhiệt độ tự cháy cao nhất

3.3.5 Nhiệt độ đông đặc

Nhiệt độ đông đặc cao thì phải hâm nóng (sấy) trước khi sử dụng Người ta thường

sử dụng phụ gia để giảm nhiệt độ đông đặc Đối với nhiên liệu diesel, nhiệt độ đông đặc nằm trong khoảng -60o ÷ +5oC

3.4 Tính chất hóa học của nhiên liệu diesel

3.4.1 Nhiệt trị

Là nhiệt lượng thu được khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị đo lường của nhiên liệu

trong tính toán, người ta phân biệt hai loại nhiệt trị là nhiệt trị cao và nhiệt trị thấp

Nhiệt trị cao Qo là toàn bộ nhiệt lượng thu được, còn nhiệt trị thấp QH là nhiệt lượng thu được Qo trừ phần nhiệt lượng tỏa ra khi ngưng tụ hơi nước trong sản phẩm cháy Trong tính toán thường sử dụng nhiệt trị thấp QH vì nhiệt độ khí thải thường lớn hơn nhiều so với nhiệt độ ngưng tụ hơi nước ở cùng áp suất Nhiên liệu diesel trong tính toán lấy QH = 42,5MJ/kg

Trong nhiên liệu ở dạng tạp chất còn lại khi chưng cất dầu Lưu huỳnh khi cháy sẽ

tạo ra SO2 sẽ kết hợp với hơi nước (cũng tạo ra khi nhiên liệu cháy) tạo thành a-xít yếu H2SO3 gây ăn mòn hóa học, ăn mòn các chi tiết trong động cơ và mưa axit Hiện tại các nước châu âu giới hạn tạp chất lưu huỳnh trong diesel không quá 0,15% Còn nước ta thì vẫn dùng nhiên liệu diesel có tới 1% lưu huỳnh

3.4.3 Độ axit

Nhiên liệu được biểu thị bằng số mg hy-dro-xit kali KOH cần thiết để trung hòa lượng axit có trong 1g nhiên liệu Độ a-xít càng cao càng gây mòn các chi tiết trong động cơ và làm tăng muội than Đối với nhiên liệu diesel, độ a-xit không được vượt quá 10mg KOH

3.5 Đánh giá tính tự cháy của nhiên liệu

3.5.1 Tỷ số nén của nhiên liệu diesel ع th

Tính tự bốc cháy của nhiên liệu Diesel: Tính tự cháy của nhiên liệu trong buồng cháy là một chỉ tiêu quan trọng của nhiên liệu diesel Trong động cơ diesel nhiên liệu được phun vào buồng cháy ở cuối kỳ nén, nó sẽ không bốc cháy ngay mà phải qua một thời gian chuẩn bị làm thay đổi các tính chất vật lý và hóa học (xé tơi tia nhiên liệu thành các hạt nhỏ, các hạt được sấy nóng, bay hơi và hòa trộn với không khí tạo nên hòa khí trong buồng cháy, các phân tử O2 và nhiên liệu trong hòa khí va đập với nhau tạo phản ứng chuẩn bị cháy …v v) sau đó tự bốc cháy Thời gian tính từ lúc bắt đầu phun nhiên liệu tới lúc hòa khí bốc cháy được gọi là thời kỳ cháy trễ và được đo bằng thời gian حi (giây) hoặc góc quay trục khuỷu φi (độ)

Như vậy giá trị حi hoặc φi ngắn hay dài sẽ thể hiện rõ tính tự cháy dễ hay khó của nhiên liệu diesel trong buồng cháy động cơ

Trên thực tế người ta thường dùng các chỉ tiêu sau để đánh giá tính tự cháy của nhiên liệu diesel:

Tỷ số tới hạn عth được xác định trên các động cơ thử nghiệm Điều kiện thử nghiệm như sau:

- Tốc độ động cơ: n = 900 ±1 vòng / phút

- Góc phun sớm: φps = 130 góc quay trục khuỷu, trước ĐCT

- Nhiệt độ nước làm mát: tn= 100 ± 20 C

- Nhiệt độ không khí trên đường nạp: tk = 65 ± 10C

- Nhiệt độ dầu trong các te: td = 50 ÷650C

- Áp suất dầu: pd = 0.17 ÷ 0.21 MPa;

- Áp suất nâng kim phun: pph = 10.5 ± 0.4 MPa;

- Lưu lượng nhiên liệu: Qnl = 10ml/ phút

3.5.2 Chỉ số xêtan:

Chỉ số xêtan của nhiên liệu được xác định theo nhiên liệu mẫu do hỗn hợp của hai hydrocacbon tạo nên: chất xêtan chính (C16H34) và chất α - metylnaptalin (αC10H7CH3) với tính tự cháy rất khác nhau Tính tự cháy của xêtan được lấy là 100 đơn vị còn α - metylnaptalin là 0 đơn vị Pha trộn hai chất trên theo tỷ lệ thể tích khác nhau sẽ được các nhiên liệu mẫu có tính tự cháy thay đổi từ 0 đến 100 đơn vị Số xêtan của nhiên liệu diesel là số phần trăm thể tích của chất xêtan chính (C16H34) có trong hỗn hợp của nhiên liệu mẫu, hỗn hợp này có tính tự cháy bên trong xilanh động cơ thử nghiệm với các điều kiện thử nghiệm quy định, vừa bằng tính tự cháy của nhiên liệu cần thử nghiệm

2.5.3 Chỉ số diesel (D): là đại lượng quy ước, được dùng để đánh giá tính tự cháy

của nhiên liệu diesel Chỉ số diesel D được xác định theo biểu thức:

D = (141, 5 – 131,5γ)(1,8A + 32)

Trong đó: γ (kg/dm3)

- Khối lượng riêng của nhiên liệu ở 150C; A (0C)

- Điểm anilin, tức là nhiệt độ kết tủa của nhiên liệu cần thí nghiệm pha trong aniline theo tỷ lệ thể tích 1:1

3.5.3 Hằng số nhớt – khối lượng W:

Là một chỉ tiêu đánh giá tính tự cháy của nhiên liệu diesel bằng phương pháp gián

tiếp (xác định trong phòng thí nghiệm hóa chất)

Hiện nay thường dùng số xêtan để đánh giá tính tự cháy của nhiên liệu diesel

3.6 Giản đồ cháy của động cơ diesel

3.6.1 Đặc điểm hình thành hòa khí trong động cơ diesel

Quá trình cháy trong động cơ diesel có những đòi hỏi sau: đảm bảo cho nhiên liệu được cháy kiệt, kịp thời làm cho hóa năng của nhiên liệu được chuyển hết thành nhiệt năng, rồi từ nhiệt năng chuyển biến thành cơ năng một cách hiệu quả nhất Nhưng nhiên liệu của động cơ diesel lại là những thành phần chưng cất nặng, khác với xăng, nhiên liệu diesel có độ nhớt, khó bay hơi vì vậy không thể cho nhiên liệu và không khí được hòa trộn trước bên ngoài xilanh nhờ bộ chế hòa khí giống như động cơ xăng,

mà phải dùng biện pháp phun tơi nhiên liệu nhờ chênh áp lớn vào môi trường áp suất cao nhiệt độ lớn của môi chất công tác trong buồng cháy động cơ vào cuối kì nén, làm cho hòa khí được hình thành trực tiếp bên trong xilanh Sau đó hòa khí trải qua các giai đoạn phản ứng hóa học phức tạp của ngọn lửa lạnh, ngọn lửa xanh, ngọn lửa nóng

và phát hỏa tự bốc cháy Do cuối kì nén mới phun nhiên liệu vào xilanh động cơ nên quá trình hình thành hòa khí rất ngắn, chỉ chiếm khoảng 15 ÷ 350 góc quay trục khuỷu,

do đó tạo nên tình trạng không đều về thành phần hòa khí trong các khu vực buồng cháy động cơ Mặt khác không thể đem số nhiên liệu cấp cho chu trình phun cùng một lúc vào xilanh động cơ, vì vậy trong suốt quá trình phun nhiên liệu, thành phần hòa khí trong xilanh cũng biến động liên tục Tại khu vực hòa khí đậm, nhiên liệu do thiếu oxy nên cháy chậm, thậm chí gây cháy không kiệt tạo ra khói đen trong khí xả, còn khu vực hòa khí nhạt gây nên tình trạng không tận dụng hết oxy Vì vậy động cơ diesel chỉ có thể hoạt động bình thường không thải khói đen, khi giá trị sử dụng trung bình của hệ số dư lượng không khí α >1, nghĩa là trong tình trạng không sử dụng hết số oxy nạp vào trong động cơ Với trường hợp α >1 vẫn còn hiện tượng cháy không kiệt,

đó là một trong những vấn đề chính cần giải quyết để nâng cao tính năng động lực và tính kinh tế của động cơ

Như vậy, muốn nâng cao tính năng của động cơ cần phải đảm bảo nạp nhiều nhất không khí mới vào xilanh, phải nâng cao 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 α nhỏ nhất và quá trình cháy phải được kết thúc ở gần điểm chết trên

Do đó, hình thành hòa khí và bốc cháy của nhiên liệu là các khâu then chốt quyết định tính năng động lực và tính năng kinh tế của động cơ diesel

3.6.2 Đặc điểm quá trình cháy của động cơ diesel

Hình 3-1 Biểu đồ quá trình cháy của động cơ

Thời kì cháy trễ: được tính từ lúc bắt đầu phun nhiên liệu vào xilanh động cơ

(điểm 1) tới khi phát hỏa bốc cháy (điểm 2 hình 2.1) Đặc điểm của thời kì cháy trễ là:

+ Tốc độ phản ứng hóa học tương đối chậm, sản vật của phản ứng là sản vật trung gian (như quá trình của ngọn lửa lạnh)

+ Nhiên liệu phun liên tục vào buồng cháy, cuối thời kì cháy trễ khoảng 30 ÷ 40% nhiên liệu được phun vào, một vài động cơ cao tốc cá biệt có thể phun 100% nhiên liệu trong thời kì này

Thời kì cháy trễ của quá trình cháy trong động cơ diesel, trên một chừng mực nào

đó, cũng có những nét tương tự như thời kì cháy trễ của động cơ xăng, chủ yếu là để hình thành nguồn lửa đảm bảo cho quá trình cháy được phát triển ra toàn bộ buồng cháy Nhưng thời gian cháy trễ của động cơ xăng chủ yếu phụ thuộc vào việc chuẩn

bị phản ứng hóa học của hòa khí còn ở động cơ diesel ngoài việc phải chuẩn bị cần thiết cho phản ứng hóa học còn phải phân bố nhiên liệu trong không gian buồng cháy, sấy nóng các hạt nhiên liệu làm nhiên liệu bay hơi và khuếch tán…vì vậy càng có nhiều yếu tố gây ảnh hưởng tới thời kì này

Các thông số đặc trưng của giai đoạn cháy trễ là thời gian cháy trễ τi (s) hay góc

cháy trễ φi (oTK), phụ thuộc trước hết vào thành phần và tính chất của nhiên liệu như

số xêtan, xêten, độ nhớt, ngoài ra thời kì cháy trễ còn chịu ảnh hưởng của yếu tố

nhiệt độ và áp suất trong xilanh tại thời điểm phun, độ phun tơi, mức độ chuyển động rối của môi chất

Thời kì cháy nhanh: được tính từ điểm 2 đến khi đạt áp suất cực đại trong xilanh

ở động cơ cao tốc, pz thường xuất hiện ở vị trí 6 ÷ 10o gócquay trục khuỷu, phía sau ĐCT Đặc điểm của thời kì này là:

+ Nguồn lửa được hình thành, tốc độ cháy nhanh tăng, tốc độ tỏa nhiệt thường lớn nhất; ở cuối thời kì này nhiên liệu bốc cháy chiếm khoảng 1/3 nhiên liệu cấp cho chu trình

+ Áp suất và nhiệt độ tăng nhanh, áp suất cao nhất lên tới 6 ÷ 9 (Mpa)

+ Nhiên liệu được phun tiếp vào buồng cháy (số lượng nhiên liệu phun vào thời kì này phụ thuộc vào độ dài ngắn của thời gian cháy trễ và thời gian phun nhiên liệu của chu trình) làm tăng nồng độ nhiên liệu trong hòa khí

+ Trong thời kì cháy nhanh, tốc độ tăng áp suất p

bị về mặt vật lý và hóa học của nhiên liệu trên Nếu thời kì cháy trễ kéo dài, và số lượng phun vào xilanh ở thời kì trên rất nhiều và đều được chuẩn bị đầy đủ để cháy thì chỉ cần có một nơi nào đó phát hỏa, màng lửa sẽ lan nhanh đến mọi nơi của buồng cháy Tốc độ cháy rất lớn, do đó tăng tốc độ, gia tăng áp suất, hoạt động của động cơ

sẽ trở nên thô bạo, rất khó điều khiển trực tiếp tốc độ cháy của thời kì cháy nhanh, nhưng có thể điều khiển một cách gián tiếp thông qua việc giảm bớt lượng nhiên liệu cấp cho xilanh trong thời kì cháy trễ Vì vậy có thể thấy, điều khiển thời kì cháy trễ

có ảnh hưởng rất quan trọng tới quá trình cháy của động cơ diesel Tuy nhiên, tính năng động lực và tính năng kinh tế của động cơ diesel hoạt động thô bạo chưa chắc

đã quá kém

Thời kì cháy chính: tính từ điểm 3 đến điểm 4 (điểm có nhiệt độ lớn nhất) Điểm

nhiệt độ lớn nhất thường xuất hiện phía sau ĐCT khoảng 20 ÷ 25o góc quay trục khuỷu

Đặc điểm của thời kì này là:

+ Quá trình cháy tiếp diễn với tốc độ cháy lớn, cuối thời kì cháy chậm đã nhả ra chiếm khoảng 70 ÷ 80% nhiệt lượng cấp cho chu trình

+ Trong thời kì này, thông thường đã kết thúc phun nhiên liệu, do sản vật cháy

tăng nhanh làm giảm nồng độ của nhiên liệu và oxy

+ Nhiệt độ tăng lên tới giá trị lớn nhất (1700 ÷ 2000oC), nhưng do piston đã bắt đầu đi xuống nên áp suất hơi giảm xuống

+ Nồng độ sản vật trung gian trong buồng cháy giảm nhanh, còn nồng độ của sản vật cháy cuối cùng tăng nhanh

Trong thời kì cháy chậm, mới đầu tốc độ cháy rất lớn, sau đó do lượng oxy trong buồng cháy giảm dần, sản vật cháy tăng lên nhiều, điều kiện cháy trở nên không lợi

vì vậy cuối thời kì tốc độ cháy càng ngày càng chậm Trong thời kì này một ít nhiên liệu được cháy trong điều kiện rất nóng và thiếu oxy có thể cháy không hết tạo ra muội than cùng theo khí xả thải ra ngoài trời gây ô nhiễm mỗi trường Vì vậy vấn đề chính của thời kì cháy chậm là mẫu thuẫn giữa tốc độ cháy và tốc độ hình thành hòa khí Nếu tăng cường cung cấp oxy cho nhiên liệu để cải thiện chất lượng hình thành hòa khí sẽ làm tăng tốc độ cháy, rút ngắn thời kì cháy chậm làm cho nhiên liệu cháy hoàn toàn, nâng cao thêm tính năng động lực và tính năng kinh tế của động cơ

Thời kì cháy rớt: được bắt đầu từ điểm nhiệt độ cực đại 4 tới khi cháy hết 5 Rất

khó xác định điểm 5, trên thực tế điểm 5 có thể kéo dài tới lúc mở cửa thải Thông thường coi điểm 5 là điểm có nhiệt lượng do cháy nhả ra chiếm 95 ÷ 97% nhiệt lượng

cũng cấp cho chu trình Trong những động cơ cao tốc, thời kì này có thể chiếm khoảng 50% thời gian hình thành hòa khí và cháy của chu trình Đặc điểm của thời kì này là: + Tốc độ cháy giảm dần tới khi kết thúc cháy, do đó tốc độ nhả nhiệt cũng giảm dần tới 0

+ Do thể tích môi chất trong xilanh tăng dần nên áp suất và nhiệt độ đều hạ thấp

Ở thời kì cháy rớt do áp suất và nhiệt độ môi chất trong xilanh đều hạ thấp, chuyển động của dòng khí yếu dần, sản vật cháy tăng dần làm cho điều kiện cháy của nhiên liệu kém hơn so với thời kì cháy chậm, khả năng hình thành muội than (C) càng lớn, mặt khác trong thời kì cháy rớt, sự cháy lại diễn ra trong quá trình giãn nở, vì vậy phần nhiệt lượng nhả ra trong thời kì này chuyển thành công ít hiệu quả hơn các thời kì trước Ngược lại nó còn làm tăng phụ tải nhiệt các chi tiết của động cơ, tăng nhiệt độ khí thải và tăng tổn thất truyền nhiệt cho nước làm mát làm giảm các tính năng động lực và tính năng kinh tế của động cơ Do đó luôn luôn mong muốn giảm thời kì cháy rớt tới mức ngắn nhất Muốn vậy phải tăng cường chuyển động của dòng khí trong buồng cháy động cơ cải thiện chất lượng hình thành hòa khí làm cho nhiên liệu và không khí được hòa trộn tốt với nhau, đồng thời phải làm giảm lượng nhiên liệu phun vào xilanh trong thời gian cháy chậm, làm cho quá trình cháy về cơ bản kết thúc ở sát ĐCT

Qua những phân tích ở trên đối với đặc điểm quá trình cháy trong động cơ diesel

có thể thấy: muốn cho động cơ diesel hoạt động tin cậy ( đặc biệt là khi khởi động lạnh), cần phải đảm bảo cho nhiên liệu có điều kiện tốt để phát hỏa; muốn cho động

cơ chạy êm, ít ồn, có tuổi thọ cao thì tốc độ tăng áp suất và áp suất cực đại thời kì cháy nhanh không được vượt quá giới hạn cho phép, phải tìm mọi cách rút ngắn thời kì cháy trễ, giảm số hòa khí được hình thành và được chuẩn bị tốt trong thời kì này; muốn cho nhiên liệu được cháy kiệt, kịp thời nâng cao các tính năng động lực và kinh

tế động cơ, giảm khói đen, cần cải thiện và tăng cường hòa trộn nhiên liệu và không khí trong thời kì cháy rớt

4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ

Động cơ Y250 sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel, 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 Common Rail

có thể cung cấp nhiên liệu ở áp suất cao độc lập và ổn định không phụ thuộc vào tốc

độ động cơ hay tải ECU sẽ tính toán rồi cung cấp một dòng điện đến van điện từ bên trong vòi phun 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 Lượng phun sẽ được giới hạn trong các điều kiện nhất thời được xác định theo tốc độ động cơ và nhu cầu lưu lượng

Theo các tín hiệu đầu vào từ các cảm biến khác nhau, ECU động cơ sẽ tính toán nhu cầu của người lái (vị trí củabàn đạp ga) và sau đó kiểm soát hiệu suất vận hành tổng thể của động cơ và xe tại thời điểm đó

ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến thông qua đường dữ liệu và sau đó thực hiện điều khiển tỷ lệ nhiên liệu không khí hiệu quả của động cơ dựa trên các tín hiệu đó Tốc độ động cơ được đo bằng cảm biến tốc độ (vị trí) trục khuỷu và cảm biến tốc độ (vị trí) trục cam xác định thứ tự phun mìn và ECU phát hiện vị trí bàn đạp của người lái (nhu cầu của người lái) thông qua tín hiệu điện được phát ra bởi sự thay đổi trở lực trong cảm biến bàn đạp ga Cảm biến lưu lượng khí (màng nóng) phát hiện lượng khí nạp và gửi tín hiệu đến ECU Đặc biệt, ECU động cơ kiểm soát tỷ lệ không khí - nhiên liệu bằng cách nhận biết sự thay đổi lượng không khí tức thì từ cảm biến lưu lượng khí để giảm lượng khí thải (điều khiển van EGR) Hơn nữa, ECU sử dụng tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến nhiệt độ không khí, cảm biến áp suất tăng áp và cảm biến áp suất khí quyển làm tín hiệu bù để đáp ứng với việc bắt đầu phun, các giá trị cài đặt phun thí điểm, các hoạt động và biến số khác nhau

Áp suất phun tối đa của động cơ Y20 sẽ được giới hạn trong khoảng 1600bar nhờ vào van giới hạn áp suất được gắn ở bơm cao áp Nếu có lỗi xảy ra, van giới hạn áp suất sẽ mở không cho áp suất lên quá cao (thường là 1800bar van sẽ mở để giảm áp) Các đường ống cao áp sử dụng trong hệ thống Common Rail được chế tạo để có thể chịu được áp suất cao lên đến 1600 bar, có kích thước là 377,7*25,3mm và được làm bằng thép

Hình 4-1 Quá trình hình thành nhiên nhiên liệu

4.2 Các chi tiết trong hệ thống

Hình 4-2 Hệ thống nhiên liệu

4.2.1 Thùng chứa nhiên liệu

Thùng chứa nhiên liệu phải làm từ vật liệu chống ăn mòn và phải giữ cho không bị rò rỉ ở áp suất gấp đôi áp suất hoạt động bình thường(hơn 0,3 bar) Van an toàn phải được lắp để áp suất cao có thể tự thoát ra ngoài Nhiên liệu cũng không được rò ri ở cổ nối với bình lọc nhiên liệu hay ở thiết bị bù áp suất khi xe bị rung xóc nhỏ, cũng như khi xe vào cua hoặc dừng hay chạy trên dường dốc Bình nhiên liệu động cơ phải nằm cách xa để trong trường hợp xảy ra tai nạn sẽ không có nguy cơ bị cháy

4.2.2 Bơm tay

Nếu nhiên liệu hết trong quá trình lái xe hoặc không khí lọt vào đường dẫn nhiên liệu sau khi thay bộ lọc nhiên liệu , nó có thể khiến động cơ khởi động kém hoặc hỏng hóc đối với từng bộ phận Do đó, bơm tay được lắp đặt để hút khí từ dây chuyền Khi

xe ở trong các điều kiện như dưới đây, hãy nhấn bơm mồi cho đến khi nó cứng lại trước khi khởi động động cơ

- Sau khi hết nhiên liệu

- Sau khi xả hết nước từ bộ lọc nhiên liệu

- Sau khi thay bộ lọc nhiên liệu

4.2.3 Lọc nhiên liệu

Hệ thống yêu cầu cung cấp nhiên liệu tinh khiết hơn so với động cơ diesel thông thường Nếu có vật liệu lạ trong nhiên liệu, hệ thống nhiên liệu bao gồm các bộ phận bơm, van phân phối và vòi phun có thể bị hỏng Bộ lọc nhiên liệu lọc sạch nhiên liệu trước khi đến bơm cao áp để giúp bơm cao áp hoạt động tốt Và hơn thế nữa, nó tách nước khỏi nhiên liệu để ngăn nước xâm nhập vào đường ống áp suất cao

Đây là máy bơm pít tông tạo ra áp suất cao; và được dẫn động bằng trục khuỷu với

bộ truyền xích Bơm cao áp làm tăng áp suất nhiên liệu của hệ thống lên xấp xỉ 1.600 bar và nhiên liệu nén này được chuyển đến bộ tích áp cao (đường ray chung) trong ống thông qua đường áp suất cao

4.2.5 Ống trữ nhiên liệu áp suất cao

Nó lưu trữ nhiên liệu chuyển từ bơm cao áp và cũng lưu trữ áp suất cao thực tế của nhiên liệu Ngay cả khi các kim phun phun nhiên liệu từ thanh ray, áp suất nhiên liệu trong thanh ray được điều chỉnh chính đến một giá trị cụ thể Đó là bởi vì tác dụng của tích lũy được tăng lên nhờ tính đàn hồi độc đáo của nhiên liệu Áp suất nhiên liệu được đo bằng cảm biến áp suất đường ray Và van định lượng đầu vào (IMV) được bao gồm trong vỏ máy bơm cao áp giữ chắc chắn ở mức mong muốn