Bài tập lớn kết cấu Ô tô tìm hiểu về hệ thống cung cấp nhiêu liệu của Động cơ diesel

MỤC LỤC:PHẦN I : HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐIỀU KHIỂN BẰNG CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL I.Sơ đồ hoạt động hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel II.Các bộ phận của hệ thống nhiên liệu của động cơ

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ -

BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU Ô TÔ

Tìm hiểu về hệ thống cung cấp nhiêu liệu

của động cơ diesel

Cán Bộ Hướng Dẫn : Nguyễn Tiến Dũng

Sinh viên thực hiện: Dương Đức Nam

MSSV: 2020693

Lớp: TE1-01

Khóa: K65

MỤC LỤC:

PHẦN I : HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐIỀU KHIỂN BẰNG CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL

I.Sơ đồ hoạt động hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel

II.Các bộ phận của hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel

1.Bình chứa nhiên liệu

2.Bơm chuyển( bơm thấp áp)

3 Bơm cao áp trong Common Rail System

4 Ống tích áp( ống phân phối)

5 Vòi phun điện tử

III Ưu điểm của hệ thống common rail

PHẦN I:   Hệ thống nhiên liệu điều khiển bằng

cơ khí của động cơ Diesel

I : Sơ đồ hoạt động hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel

Sơ đồ hoạt động hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel

Nhiên liệu chứa ở thùng nhiên liệu được bơm chuyển nhiên

liệu (bơm thấp áp) đưa đến bộ phận bơm cao áp Trên quãng đường

vận chuyển này nhiên liệu sẽ được đi qua các bộ phận lọc nhiên liệubao gồm bầu lọc thô và bầu lọc tinh nhằm lọc sạch các cặn bẩntrong nhiên liệu trước khi đưa đến bơm cao áp

Nhiên liệu tiếp tục được bơm cao áp đưa đến vòi phun với áp suấtcao và được vòi phun phun vào xylanh của động cơ Dưới môi trường

vòi phun có các đường dầu hồi về thùng chứa nhiên liệu, phòngtrường hợp áp suất của nhiên liệu trong bơm cao áp và vòi phun quácao so với mức độ đang làm việc của động cơ.

Hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel

II Các bộ phận của hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel:

1 Bình chứa nhiên liệu:

Bình chứa nhiên liệu có vai trò là nơi dự trữ và cung cấp nhiên liệucho động cơ hoạt động Tùy vào từng dòng xe và kết cấu của xe màbình chứa nhiên liệu sẽ có hình dạng và kích thước khác nhau

Bình chứa nhiên liệu có nhiều hình dáng khác nhau

Đối với các dòng xe tải, xe vận chuyển cỡ lớn thì bình nhiên liệu thường có kích thướcrất lớn, có dạng hình hộp chữ nhật hoặc hình trụ tròn và được đặt lộ ra bên ngoài ở bênhông xe Đối với các dòng xe con, bình chứa nhiên liệu thường được đặt giấu ở bêntrong phía sau của xe, mục đích nhằm cân bằng trọng tâm xe và giúp xe có tính thẩm

Bộ phận lọc trong hệ thống nhiên liệu có 2 loại đó là lọc thô và lọctinh Lọc thô có vai trò lọc các cặn bẩn có kích thước lớn trong nhiênliệu Lọc thô có thể được đặt bên ngoài hoặc bên trong bình chứanhiên liệu Lọc tinh có khả năng lọc được những cặn bẩn có kíchthước nhỏ hơn so với lọc thô, giúp nhiên liệu sạch hơn trước khi điđến bơm cao áp.

Có 2 loại lọc nhiên liệu là lọc thô và lọc tinh

Ở lọc tinh có thêm bộ lắng đọng nước có vai trò tách các phần tửnước bị lẫn trong nhiên liệu Nếu nhiên liệu có lẫn nước thì các phần

tử nước này có thể đọng lại ở đầu vòi phun và làm gỉ sét vòi phun.Ngoài ra còn có thể gây gỉ sét và hư hỏng các bộ phận khác trong hệthống

Tại sao phải trang bị hai lọc dầu tinh và thô?

Hai loại lọc nhiên liệu này có tác dụng là làm sạch nhiên liệu nhưng

về mức độ thì lọc tinh sạch nhất Do yêu cầu nhiên liệu phải sạch khiđến bơm phun và voi phun, nếu bẩn sẽ ảnh hưởng đến độ mở và sựmất kiểm soát lưu lượng phun cũng như làm tắc vòi phun

 Tại sao phải là 2 cái lọc? Vì đảm bảo 2 tiêu chí: sạch và thờigian cung cấp nhiên liệu cho bơm phun nhanh

 Về thứ tự Thô – Bơm – Tinh nhằm giúp quá trình lọc diễn rasạch nhưng vẫn đảm bảo thời gian lọc nhanh nhất

 Nếu đổi Tinh – Bơm – Thô thì tốc độ lọc chậm của lọc tinh làm

tăng thời gian cung cấp nhiên liệu và lọc thô gần như khôngcòn tác dụng

Dưới đây là một số dấu hiệu cho thấy lọc nhiên liệu diesel có thể bịhỏng:

 Động cơ không khởi động được hoặc động cơ đang làm việc tựtắt máy

 Nhiên liệu phun kém hoặc thải khói đen

 Các van của bơm cung cấp nhiên liệu không kín sát

 Bình lọc nhiên liệu bị bẩn hoặc không khí lọt vào hệ thống

Để sửa chữa lọc nhiên liệu diesel, có thể thực hiện các biện phápsau:

 Kiểm tra và thay thế bình lọc nhiên liệu

 Kiểm tra và thay thế van của bơm cung cấp nhiên liệu

 Kiểm tra và làm sạch các ống dẫn nhiên liệu

 Kiểm tra và làm sạch các van của bơm cung cấp nhiên liệu

Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn, tốt nhất là mang xe của bạn đếnmột trung tâm sửa chữa chuyên nghiệp để được kiểm tra và sửachữa

3 Bơm chuyển ( bơm thấp áp)

-Bơm chuyển hay bơm thấp áp có vai trò vận chuyển nhiên liệu từbình chứa đi qua các bộ lọc và đến bơm cao áp

-Bơm chuyển hoạt động nhờ một bánh cam quay lệch tâm Trên bơm

có 2 van một chiều là van xả và van nạp Khi bánh cam lệch tâm tácđộng vào ty đẩy đẩy piston di chuyển lên trên Áp suất ở khoangtrên của piston tăng lên, van nạp đóng và van xả mở, nhiên liệu

m chuyển nhiên liệu (bơm thấp áp)

-Nguyên lý hoạt động: Khi cam quay về vị trí không tác dụng vàocon đội (như hình), lò xo dãn ra đẩy pittong đi xuống, thể tíchkhoang A tăng lên khiến áp suất giảm, van nạp mở, nhiên liệu đượcnạp đầy vào khoang A Đồng thời, thể tích khoang B giảm, nhiênliệu có sẵn ở khoang B được đẩy lên bầu lọc và bơm cao áp, lúc nàyvan xả đóng

Khi cam lệch tâm quay về vị trí tác dụng đẩy con đội đi lên, pittongcũng đi lên theo, thể tích khoang A giảm xuống, đồng thời thể tíchkhoang B tăng lên Lúc này van xả mở, van nạp đóng nhiên liệu ởkhoang A bị đẩy qua van xả vào khoang B (như hình) Cam lệch tâmtiếp tục quay, pittong đi xuống quá trình bơm nhiên liệu lại tiếpdiễn

Khi trên bình lọc và bơm cao áp đã đủ mức nhiên liệu cần thiết, ápsuất nhiên liệu trên đường ống dầu ra lớn, áp suất khoang B cũnglớn sẽ đẩy pittong đi lên ép lò xo lại Vậy nên, trục cam vẫn quaynhưng bơm thấp áp không cung cấp nhiên liệu tới bình lọc và bơmcao áp.

Bơm tay dùng để bơm nhiên liệu lên bình lọc và bơm cao áp khiđộng cơ ngừng làm việc, trước khi động cơ khởi động hoặc xả khôngkhí trong hệ thống nhiên liệu Sau khi bơm nhiên liệu bằng tay phảivặn chặt tay nắm của bơm lại

4 Bơm cao áp:

Có 2 loại bơm cao áp thường dùng đó là bơm cao áp đơn kiểu Bosch

và bơm phân phối VE

a.Bơm cao áp kiểu Bosch:

Bơm cao áp đơn kiểu Bosch có kết cấu và nguyên lí hoạt động đơngiản hơn so với bơm phân phối VE Bơm hoạt động nhờ dẫn động từmột trục cam điều khiển hành trình của piston trong bơm Pistoncủa bơm có kết cấu rãnh vát đặc biệt, giúp piston có thể điều chỉnh

áp suất của bơm thông qua việc điều chỉnh kích thước của rãnh vátđặc biệt Từ đó điều chỉnh được áp suất nhiên liệu đưa đến các vòiphun của hệ thống

Vì có kết cấu đơn giản, nhỏ gọn nên mỗi một bơm chỉ có thể cungcấp nhiên liệu cho một xylanh Nếu động cơ có nhiều xylanh thì cầnphải có số lượng bơm cao áp tương ứng, các bơm cao áp sẽ được đặt

cố định thẳng hàng với nhau và cùng chịu tác động từ một trục camnhư trong hình

Bơm cao áp đơn kiểu Bosch

Nguyên lý hoạt động:

Trong bơm cao áp đơn kiểu Bosch có một trục cam:

 Khi trục cam quay, vấu cam 1 tác động lên con đội 2 làm chocon đội chuyển động tịnh tiến lên xuống

 Trên con đội 2 có trang bị ổ bi giúp hạn chế sự mài mòn vàgiảm va chấn, bơm hoạt động êm dịu hơn

 Con đội 2 được gắn với piston 6 thông qua vít điều chỉnh 3

Quá trình nạp nhiêu liệu:

Khi này đỉnh piston 6 nằm dưới cửa nạp và thoát nhiên liệu 15 Cửanạp và thoát 15 mở, nhiên liệu được đưa vào lấp đầy buồng chứa.Sẵn sàng cho quá trình bơm nhiên liệu.

Q

uá trình nạp nhiên liệu.

Quá trình bơm nhiên liệu:

Lúc này piston bắt đầu di chuyển lên trên Đỉnh piston 6 đi qua cửanạp thoát 15 và đóng cửa nạp thoát này lại Lúc này áp suất trongkhoang chứa nhiên liệu tăng đột ngột Piston 6 tiếp tục đi lên, ápsuất khoang chứa thắng lực nén của lò xo 13, mở cửa van một chiều

11 và phun nhiên liệu ra ngoài với áp suất cao

uá trình bơm nhiên liệu.

Kết thúc quá trình bơm nhiên liệu

Trên thân piston có một rãnh vát công nghệ Khi piston đi lên và épnhiên liệu đi ra ngoài Rãnh vát công nghệ đi qua và mở cửa nạpthoát 15 Khi cửa nạp thoát 15 được mở, nhiên liệu được đưa vào dichuyển theo rãnh vát công nghệ lên đỉnh piston 6

ết thúc quá trình bơm nhiên liệu.

Khi này áp suất trên đỉnh piston 6 giảm đột ngột Lực nén của lò xo

13 thắng áp lực trong khoang chứa và đóng cửa van một chiều 11đồng thời piston 6 di chuyển xuống dưới tác dụng của lò xo 4 Khiđỉnh piston 6 di chuyển xuống dưới cửa nạp thoát 15 Nhiên liệu lạiđược đưa vào đầy vào khoang chứa và chuẩn bị cho đợt bơm tiếptheo

Để điều chỉnh lưu lượng của bơm khi động cơ thay đổi tải trọng.Thanh răng 16 và vành răng 17 điều hỉnh piston 6 quay quanh trụccủa chính nó

Khi piston được điều chỉnh quay quanh trục Độ cao h của rãnh vátcông nghệ bị thay đổi khiến cho thời điểm nhiên liệu đi vào theorãnh vát lên đỉnh piston bị thay đổi theo Độ cao h càng lớn thì càngbơm được nhiều nhiên liệu hơn và ngược lại

h vát công nghệ trên piston.

b.Bơm phân phối VE

So với bơm cao áp đơn kiểu Bosch, bơm phân phối VE có kích thướclớn hơn, kết cấu và nguyên lý hoạt động phức tạp hơn Bù lại, mộtbơm phân phối VE có thể cung cấp nhiên liệu cho nhiều xylanhtrong động cơ

Nhiên liệu đi vào bơm thông qua đường vào 16 và tràn vào trongxylanh qua cửa nạp 12 Nhờ có kết cấu lượn sóng ở đĩa cam 3 và lựcnén của lò xo 4 Piston 5 có thể liên tục di chuyển lên xuống trongxylanh 13 Khi piston 5 đi lên và đóng cửa nạp 12 Áp suất nhiên liệutrong xylanh 13 tăng cao, thắng lực nén lò xo ở van một chiều 9 vàđược đẩy ra ngoài đi đến vòi phun

Piston 5 tiếp tục di chuyển lên trên cho đến khi lỗ thoát 15 được mở,

áp suất nhiên liệu trong khoang xylanh giảm xuống, piston 5 dichuyển xuống dưới về vị trí ban đầu nhờ lực đẩy của lò xo 4, chuẩn

bị cho quá trình bơm tiếp theo

Trục dẫn động bơm 1 quay vòng làm cho piston 5 quay vòng theonên sau mỗi một lần bơm, cửa nhiên liệu ra trên piston sẽ tương ứng

bơm nhiên liệu tiếp theo thì nhiên liệu sẽ được đưa đến một vòiphun khác Chính vì thế nên một bơm phân phối VE có thể cung cấpnhiên liệu cho nhiều vòi phun khác nhau.

Bộ điều tốc cơ khí

Ngược lại, khi tốc độ động cơ giảm, lực căng của lò xo thắng lực lytâm của quả văng và kéo khớp trượt về bên phải Thanh răng bơmcao áp được đẩy sang phải và làm tăng lượng nhiên liệu cung cấpđến động cơ Qua đó, tốc độ động cơ sẽ được tự điều chỉnh sao chophù hợp

Tại sao động cơ diesel phải có cơ cấu điều tốc?

-Tính ổn định của động cơ: Khi động cơ làm việc để kéo máy côngtác, chế độ làm việc ổn định của động cơ là điểm cắt nhau củađường hai đường đặc tính theo tốc độ vòng quay : đường 1 là mômencủa động cơ ở vị trí cố định của cơ cấu điều khiển cung cấp nhiênliệu (thanh răng của bơm cao áp, bướm ga của động cơ xăng ) vàđường 2 là mômen cản của máy công tác

Chế độ làm việc ổn định của động cơ

1: momen của động cơ 2:momen cản của máy công tác

Chế độ làm việc càng ổn định khi tốc độ vòng quay tăng, mômenđộng cơ giảm nhanh và mômen cản của máy công tác tăng nhanh cónghĩa là hai đường đặc tính cất nhau với độ dốc càng lớn và ngượclại

Với mỗi một máy công tác nhất định (ví dụ như động cơ kéo bơmnước, chân vịt tàu thủy hay dẫn động ô tô …) đặc tính mômen cầnkhông thay đổi, vì vậy tính ổn định chế độ làm việc của hệ thốngphụ thuộc trước hết vào đổ dốc của đặc tính động cơ

Nếu chế độ làm việc của động cơ với máy công tác không ổn định,động cơ phải được trang bị cơ cấu tự động điều chỉnh gọi là cơ cấuđiều tốc để giữ cho tốc độ vòng quay của hệ thống ổn định

-Cơ cấu điều tốc cần thiết cho động cơ diesel thay vì động cơ xăng:

Trong động cơ xăng, để điều chỉnh tài trọng của động cơ, trên

đường nạp bố trí bướm tiết lưu hay bướm ga Khi tốc độ vòng quay ncủa động cơ tăng, tổn thất khí động qua bướm tiết lưu tăng rất

Do đó, chế độ làm việc của động cơ với máy công tác rất ổn định nênkhông phải trang bị cơ cấu điều tốc Nếu có chăng chỉ cần có cấuhạn chế tốc độ vòng quay mà thôi.

Còn đối với động cơ diesel, việc điều chỉnh tải trọng được thực hiện

do thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình, trong khilượng không khí nạp hầu như không đổi Do trên đường nạp không

có bướm tiết lưu nên không có tổn thất cục bộ như ở động cơ xăng.Ngoài ra, thông thường lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trìnhtheo đặc tính bơm cao áp tăng theo tốc độ vòng quay Vì vậy, đặctính của động cơ rất thoải (hình b) và hình dạng các đặc tính ở các vịtrí khác nhau của cơ cấu điều chỉnh cung cấp nhiên liệu thoải tương

tự nhau (đường 1, 2, 3) Do đó, khi dùng động cơ diesel đối với hầuhết các máy công tác đều phải lắp cơ cấu điều tốc để bảo đảm động

cơ làm việc ổn định

6.Vòi phun:

Vòi phun có vai trò nhận nhiên liệu áp suất cao từ bơm cao áp vàphun vào xylanh Hoạt động của vòi phun phụ thuộc vào áp suất củanhiên liệu mà bơm cao áp đưa đến vòi phun Nhiên liệu đi vào vòiphun thông qua đường nối 13 và đi xuống khoang nhiên liệu 14 Khibơm cao áp hoạt động, áp suất của nhiên liệu tăng cao và thắng lựcnén của lò xo 6 Kim phun 2 bị đẩy lên trên và mở cửa lỗ phun 15.Nhiên liệu có áp suất cao được phun ra ngoài dưới dạng sương.Khi nhiên liệu được phun ra bên ngoài, áp suất ở khoang chứa nhiênliệu 14 giảm đột ngột Lực nén của lò xo 6 ép kim phun 2 di chuyểnxuống và đóng của lỗ phun 15 Quá trình phun kết thúc

Kế

t cấu của vòi phun nhiên liệu

PHẦN II: Hệ thống nhiên liệu điều khiển bằng điện tử của động cơ Diesel (Commol Rail)

Với các động cơ Diesel hiện nay, áp suất phun thực hiện cho từngvòi phun 1 cách riêng biệt, nhiên liệu áp suất cao được giữ tronghộp chứa (Rail), hay còn được gọi là “Ắc quy thủy lực” và được phânchia đến từng vòi phun theo yêu cầu

Vòi phun Common Rail có tác dụng làm giảm tiếng ồn và nhờ sự kếthợp giữa việc điều khiển điện tử – kiểm soát lượng nhiên liệu phun –thời điểm phun mà nhiên liệu được phin ra ở mức áp suất rất cao.Thế nên, khả năng vận hành của động cơ và khả năng tiết kiệmnhiên liệu được tối ưu hơn

So với những động cơ cũ được dẫn động bằng cam thì hệ thốngCommon Rail tỏ ra rất linh hoạt trong khả năng thích nghi để điềukhiển kim phin nhiên liệu động cơ diesel như:

 Áp suất phun lên tới 1500 bar

 Phạm vi áp dụng rộng rãi (cho xe khách, du lịch, tải nặng, tảinhẹ, xe lửa và thậm chí cả tàu thủy)

 Có thể tùy ý thay đổi thời điểm phun

 Có 3 giai đoạn phun: Phun sơ khởi – phun chính – phun kếtthúc

I Sơ đồ hoạt động hệ thống nhiên liệu của động cơ Diesel điều khiển bằng điện tử:

Sơ đồ hoạt động hệ thống nhiên liệu của động cơ Diesel

Nhiên liệu chứa ở thùng nhiên liệu được bơm chuyển nhiên liệu(bơm thấp áp) đưa đến bộ phận bơm cao áp Trên quãng đường vậnchuyển này nhiên liệu sẽ được đi qua các bộ phận lọc nhiên liệu baogồm bầu lọc thô và bầu lọc tinh nhằm lọc sạch các cặn bẩn trongnhiên liệu trước khi đưa đến bơm cao áp

Nhiên liệu tiếp tục được bơm cao áp đưa đến ống tích áp Tại đâynhiên liệu được tích trữ và giữ ở một áp suất ổn định Trên ống tích

áp có các đường ống dẫn bằng kim loại nối với vòi phun điện từ.Nhiên liệu đi đến vòi phun thông qua các đường ống này và được vòiphun phun vào xylanh của động cơ Dưới môi trường áp suất cao vànhiệt độ cao trong buồng đốt thì nhiên liệu bốc cháy và sinh ra nhiệtlượng giúp động cơ hoạt động Tại bơm cao áp và vòi phun có cácđường dầu hồi về thùng chứa nhiên liệu, phòng trường hợp áp suấtcủa nhiên liệu trong bơm cao áp và vòi phun quá cao so với mức độđang làm việc của động cơ

II Các bộ phận của hệ thống nhiên liệu điều khiển bằng điện

tử (Common Rail):

1.Lọc nhiên liệu

Bộ phận lọc trong hệ thống nhiên liệu có 2 loại đó là lọc thô và tinh.Lọc thô có vai trò lọc các cặn bẩn có kích thước lớn trong nhiên liệu.Lọc thô có thể được đặt bên ngoài hoặc bên trong bình chứa nhiênliệu Lọc tinh có khả năng lọc được những cặn bẩn có kích thước nhỏhơn so với lọc thô, giúp nhiên liệu sạch hơn trước khi đi đến bơm caoáp

Ở lọc tinh có thêm bộ lắng đọng nước có vai trò tách các phần tửnước bị lẫn trong nhiên liệu Nếu nhiên liệu có lẫn nước thì các phần

tử nước này có thể đọng lại ở đầu vòi phun và làm gỉ sét vòi phun.Ngoài ra còn có thể gây gỉ sét và hư hỏng các bộ phận khác trong hệthống

2.Bơm chuyển ( bơm thấp áp)

Bơm chuyển hay bơm thấp áp có vai trò vận chuyển nhiên liệu từbình chứa đi qua các bộ lọc và đến bơm cao áp

Bơ

m chuyển (bơm thấp áp)