Phân tích cơ sở lý thuyết và kết cấu hệ thống phun nhiên liệu điện tử của động cơ diesel

Động cơ diesel là động cơ đốt trong có quá trình hình thành hổn hợp cháy diễn ra ở bên trong buồng đốt động cơ và nhiên liệu sử dụng chủ yếu là dầu cặn gasoil, do đó đòi hỏi hệ thống phu

Cao Xu©n Qu©n CK43-DLTT

Ph©n tÝch c¬ së lý thuyÕt vµ kÕt cÊu hƯ thèng phun nhiªn liƯu ®iƯn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY SẢN NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN ĐỘNG LỰC

Maóu CTTN - 02

Cơ khí Động lực tàu thuyền

CD-ROM chứa toàn bộ nội dung đồ án

cán bộ hướng dẫn

PGS TS. Nguyễn Văn Nhận

Maóu CTTN - 03

Cơ khí Động lực Tàu Thuyền

87trang 3 11 tài liệu CD-ROM chứa toàn bộ nội dung luận án

cán bộ phản biện

chủ tịch hội đồng

Điểm chung

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL

3

1.1 Chức năng và yêu cầu của hệ thống nhi ên li ệu 3

1.2 Phân loại các hệ thống nhi ên liệu động cơ diesel 4

1.2.1 Sơ đồ và nguyên tắc làm việc của động cơ 4 1.2.2 Phân loại các hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 5

3.1 Các bộ phậnc ủa hệ thống nhiên liệu 13

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH NHỮNG YÊU CẦU ĐỐI VỚI QUÁ TRÌNH PHUN

2.1 Phân tích những yêu cầu đồi với nhiệm vụ hệ thống nhiên liệu 28

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phun nhiên liệu 41

2.2.3 Ảnh hưởng của tính chất lý hóa của nhiên liệu 42

CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ NHUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ

3.1 Hệ thống phun nhiên liệu cổ điển 44 3.1.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun nhiên liệu cổ điển 44

3.1.4 Ưu nhược điểm của hệ thống phun nhiên liệuBosch cổ điển 50

3.2 Hệ thống phun nhiên liệu điện tử 51 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống phun nhiên liệu điện tử 52

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL

1.1 CHỨC NĂNG VÀ YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG PHUN NHIÊN LIỆU

Ta biết động cơ đốt trong là loại động cơ nhiệt Trong đó nhiên liệu được đốt cháy trực tiếp trong không gian công tác của động cơ Nhiệt năng sinh ra do đốt cháy nhiên liệu được chuyển hoàn toàn thành công có ích (cơ năng) Nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong là các loại nhiên liệu thể khí và thể lỏng, chúng có khả năng hòa trộn tốt với không khí, phát hỏa và sinh ra một lượng nhiệt lớn

Động cơ diesel là động cơ đốt trong có quá trình hình thành hổn hợp cháy diễn ra

ở bên trong buồng đốt động cơ và nhiên liệu sử dụng chủ yếu là dầu cặn (gasoil), do đó đòi hỏi hệ thống phun nhiên liệu động cơ phải bảo đảm tốt việc cung cấp nhiên liệu vào không gian công tác và có khả năng điều chỉnh tốc độ, tải của động cơ Do vậy mà hệ thống nhiên liệu cần phải đáp ứng tốt các yêu cầu và chức năng sau

1.1.1 CHỨC NĂNG

Hệ thống phun nhiên liệu (HTPNL) động cơ diesel có chức năng dự trữ và cung cấp nhiên liệu cho động cơ làm việc trong một thời gian nhất định mà không cần phải cung cấp thêm nhiên liệu đồng thời nó lọc sạch nhiên liệu không cho lẫn nước và tạp chất vào trong quá trình làm việc của động cơ Giúp cho nhiên liệu có thể chuyển động thông thoáng trong hệ thống

1.1.2.YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL

Về mặt cấu tạo

- Thùng chứa nhiên liệu dự trữ, đảm bảo cho động cơ hoạt động trong thời gian qui định mà không cần phải cung cấp thêm nhiên liệu

- Hoạt động lâu bền và độ chính xác cao

- Dễ chế tạo, giá thành rẽ

- Thuận tiện cho việc sửa chữa và bảo dưỡng

Về mặt chất lượng quá trình phun nhiên liệu

- Lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình phải phu hợp với chế độ làm việc của động cơ và phân phối đều cho các xylanh (đối với động cơ nhiều xylanh)

- Nhiên liệu phun vào động cơ phải đúng thời điểm và đúng quy luật mong muốn

- Nhiên liệu phun vào động cơ phải có áp suất lớn và cấu trúc tia phun nhỏ, có khả năng xuyên sâu tốt

1.2 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL VÀ CÁC BỘ PHẬN 1.2.1 SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ

1.2.1.1 SƠ ĐỒ

1.2.1.2 NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC

H 1-1 Hệ thống phun nhiên liệu động cơ diesel

1- Bình lọc không khí, 2- Ống dẫn nhiên liệu rò, 3- Vòi phun, 4- Đường cao áp, 5- Bình lọc thô, 6- Bình lọc tinh, 7- Cảm biến mức nhiên liệu, 8- Đai giữ, 9- thùng nhiên liệu, 10- Van, 11- Nút xả, 12- Bơm chuyển nhiên liệu, 13- Đường dẫn, 14- Bơm cao áp

Bơm chuyển vận (12) hút nhiên liệu từ bình chứa (9) đi qua bình lọc thô (5) vào bơm chuyển vận nhiên liệu rồi được bơm qua bình lọc tinh (6) ở đây nhiên liệu được lọc sạch hoàn toàn rồi được chuyển vào bơm cao áp (14) Bơm cao áp có nhiệm vụ tạo nên

áp suất lớn cho dòng nhiên liệu rồi sau đó nó sẽ tống lượng nhiên liệu cao áp này đi vào đường cao áp (4) đưa tới vòi phun (3) ở đây nhiên liệu được tăng áp một lần nữa để nó nâng áp suất lên cao có thể thắng lực lò xo của kim phun, đưa nhiên liệu vào buồng cháy động cơ Nhiên liệu dư thừa trong bơm cao áp đi qua van tràn theo đường dẫn (13) đi vào cửa hút của bơm chuyển vận Một phần nhiên liệu rò rỉ trong vòi phun (khoảng 0.02% nhiên liệu phun vào xylanh) đi theo đường (2) trở về thùng chứa Không khí từ ngoài qua bình lọc khí (1) vào ống nạp, rồi qua xupap nạp đi vào động cơ Trong quá trình nén các xupap hút và xupap xả đều đóng kín, khi piston đi lên không khí trong xylanh bị nén Piston càng tới xát điểm chết trên, không khí bên trên piston bị chèn chui vào phần khoét lõm ở đỉnh piston Tạo ra ở đây dòng xoáy lốc hướng kính ngày càng mạnh Cuối qua trình nén, nhiên liệu được phun vào dòng xoáy lốc này, được xé nhỏ, xấy nóng, bay hơi

và hòa trộn đều với không khí tạo thành hổn hợp hòa khí trong buồng đốt rồi tự bốc cháy

1.2.2 PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL

Trên hệ thống nhiên liệu thì bơm cao áp (BCA) là bộ phận quan trọng nhất, nó đựợc coi như là trái tim của động cơ diesel Vì vậy khi phân loại người ta thường căn cứ vào đặc điểm BCA, vòi phun (VP), cách thức bố trí và hình thức phun nhiên liệu

Bảng 1-1 Phân loại tổng quát hệ thống phun nhiên liệu của động cơ diesel Tiêu chí phân loại Phân loại

Phương phá phun nhiên liệu vào xylanh động cơ

1 Hệ thống phun nhiên liệu bằng không khí nén

2 Hệ thống phun nhiên liệu bằng thủy lực Phương pháp tạo và duy trì áp

lực phun

1 Hệ thống phun trực tiếp

2 Hệ thống phun gián tiếp

Phương pháp định lượng nhiên

liệu

1 Điều chỉnh bằng cam dọc

2 Điều chỉnh bằng khâu phân lượng

3 Điều chỉnh bằng cách tiếc lưu

4 Điều chỉnh bằng rảnh chéo trên piston Cách thức tổ hợp các thành tố

của hệ thống phun

1 Hệ thống phun cổ điển

2 Hệ thống phun với BAC-VP liên hợp

3 Hệ thống phun với BAC phân phối

4 Hệ thống phun điên tử Loại vòi phun 1 Vòi phun hở

2 Vòi phun kín một lỗ, nhiều lỗ

1.2.2.1 PHÂN LOẠI THEO PHƯƠNG PHÁP PHUN NHIÊN LIỆU VÀO

XYLANH ĐỘNG CƠ 1) Hệ thống phun nhiên liệu bằng không khí nén

Ở thời kỳ đầu của động cơ diesel người ta đã dùng không khí nén để tạo hổn hợp cháy, nó được sử dụng trong các động cơ máy nén dưới áp suất (50¸70) kg/cm3 đưa nhiên liệu đến vòi phun vào xylanh động cơ, áp suất nén nhiên liệu phải lớn hơn áp suất trong buồng đốt động cơ khoảng (5¸10) kg/cm3 Khi vào xylanh máy nén sẽ dẫn ra và gây nên

sự xáo trộn giữa không khí và nhiên liệu, quá trình này ảnh hưởng lớn đến quá trình cháy

và sinh công Sự chênh lệch giữa áp lực khí nén và áp lực trong xylanh tùy thuộc vào công suất của động cơ mà có thể lên tới 35kg Sự chênh lệch ấy có ảnh hưởng lớn đến sự phân tán nhiên liệu và phương pháp này không yêu cầu phải có các chi tiết siêu chính xác

mà vẫn cho chất lượng phun nhiên liệu khá tốt Tuy nhiên động cơ phải lai máy nén nhiều cấp, vừa cồng kềnh Vừa tiêu thụ một phần đáng kể công suất của động cơ (công suất do máy nén tiêu thu bằng khoảng 6-8% công suất động cơ) Ngoài ra việc điều chỉnh

lượng nhiên liệu cho chu trình cũng phức tạp và khó chính xác nên loại hệ thông phun nhiên liệu bằng khí nén ở động cơ diesel đã được thay thế hoàn toàn bởi hệ thống phun nhiên liệu bằng thủy lực

2) Hệ thống phun nhiên liệu bằng thủy lực

Với hệ thống phun nhiên liệu bằng thủy lực, nhiên liệu được phun vào buồng đốt

do sự chênh lệch áp suất rất lớn giữa áp suất của nhiên liệu và áp suất không khí trong xylanh Nhiên liệu được đưa vào xylanh với áp suất rất lớn do bơm cao áp tạo nên và đi qua các lỗ vòi phun có đường kính rất bé Áp suất phun có thể đạt đến (100¸1500 bar) và

có thể lớn hơn nữa Các lỗ phun được bố tri và lắp đặt sao cho nhiên liệu phun ra có dạng hình nón để tạo thành hổn hợp cháy dễ dàng với không khí

1.2.2.2 PHÂN LOẠI THEO PHƯƠNG PHÁP TẠO VÀ DUY TRÌ ÁP

LỰC PHUN 1) Hệ thống phun trực tiếp

Hệ thống phun trực tiếp là hệ thống mà nhiên liệu sau khi ra khỏi bơm cao áp được dẫn trực tiếp đến vòi phun bằng ống dẫn cao áp có dung tích nhỏ

Ưu điểm của hệ thống phun kiểu này là: Kết cấu tương đối đơn giản, có khả năng thay đổi các thông số công tác phù hợp với chế độ làm việc của động cơ

Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là: áp suất phun giảm theo chiều giảm của tốc độ quay

2) Hệ thống phun gián tiếp

Hệ thống phun gián tiếp (hay còn gọi là hệ thống tích phun áp lực) trong hệ thống này nhiên liệu từ BCA không đưa trực tiếp vào vòi phun mà nó được dẫn vào hệ thống ống cao áp chung, nên áp suất phun hầu như không thay đổi trong suốt quá trình phun Điều đó đảm bảo cho chất lượng phun tốt trong một phạm vi rộng của tốc độ quay và tải

Do đó hệ thống tích phun có kết cấu phức tạp hơn các kêt câu khác Vì vậy nó chỉ được

sử dụng cho các động cơ diesel cao tốc và những động cơ có yêu cầu cao về chất lượng tia nhiên liệu ở chế độ tải nhỏ

1.2.2.3 PHÂN LOẠI THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG NHIÊN

LIỆU 1) Điều chỉnh bằng cam dọc

Điều chỉnh bằng cam dọc chính là điều chỉnh phần làm việc có ích của cam nhẳm làm thay đổi hành trình có ích của piston bơm từ đó làm thay đổi lượng nhiên liệu đến vòi phun

2) Điều chỉnh bằng van tiết lưu

Lượng nhiên liệu cung cấp được thông qua một van tiết lưu, khi điều chỉnh van chính là điều chỉnh cho đóng bớt hay là mở lớn van tiết lưu, lựơng nhiên liệu phun vào xylanh sẽ thay đổi theo

3) Điều chỉnh dùng khâu phân lượng

Điều chỉnh dùng khâu phân lượng (H 1-2) là phương pháp sử dụng khâu phân lượng để điều chỉnh quá trinh đóng mở cửa xả của piston BCA, từ đó làm thay đổi lượng nhiên liệu cung câp vào buồng cháy của BCA

4) Điều chỉnh bằng rảnh chéo trên piston

H 1-2 Dùng khâu phân

lượng

1- Cam xoay, 2- Con đội, 3- Khâu phân lượng, 4- Lỗ ngang, 5- Lỗ đứng, 6- Piston, 7- Mạch nhiên liệu đến, 8- Xylanh, 9- Van triệt hồi

Phương pháp này là dựa vào việc khoét rảnh chéo trên piston nhằm mục đích khi

ta xoay piston quanh tâm của nó thì ta có thể điều chỉnh được lượng nhiên liệu của BCA cấp cho chu trình công tác động cơ tức là ta điều chỉnh việc mở thông BCA với đường dầu hồi sớm hay muộn Việc điều chỉnh theo phương pháp này hiện nay được sử dụng rộng rải trên khắp các động cơ diesel

1.2.2.4 PHÂN LOẠI THEO CÁCH THỨC TỔ HỢP CÁC THÀNH

TỐ CỦA HỆ THỐNG 1) Hệ thống phun nhiên liệu cổ điển

Hệ thống phun nhiên liệu cổ điển là loại hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp có nhưng đặc điểm cơ bản sau: toàn bộ hệ thống phun nhiên liệu được tổ hợp từ các đơn vị phun hoàn toàn giống nhau Mỗi đơn vị phun được cấu thành từ một phần tử bơm, một ống cao áp và một vòi phun nhiên liệu Động cơ có bao nhiêu xylanh thì có bấy nhiêu đơn vị phun Các đơn vị phun hoạt động độc lập nhau Thông thường ở động cơ nhiều xylanh khi có một hoặc một vài đơn vị phun bị hư hỏng không thể hoạt động được thì các đơn vị phun khac vẫn có thể hoạt động được

H 1-3 Hệ thống nhiên liệu bơm cao áp PE

1- Bình chứa nhiên liệu, 2- Ống dẫn nhiên liệu cao áp, 3- Lọc sơ cấp, 4- Bơm tiếp vận, 5- Ống nhiên liệu tới lọc thứ cấp, 6- Lọc thứ cấp, 7-

2) Hệ thống phun với BCA-VP liên hợp

Hệ thống phun với BCA-VP liên hợp là hệ thống mà VP, BCA nằm trong một cụm Do đó mà nguyên liệu đi vào BCA xong nó sẽ tới trực tiếp VP chứ không đi qua đường ống cao áp như các hệ thống khác Nhìn chung nguyên lý làm việc của hệ thống phun với BCA-VP liên hợp cũng giống như các HTPNL khác Với đặc điểm BCA-VP liên hợp với nhau cùng một khối nên nó được gắn trực tiếp trên nắp quy láp với mỗi xylanh là một cum bơm, đồng thời nhiên liệu được dẫn trực tiếp từ bình lọc tinh đến cụm bơm Nên trong quá trình hoạt động nếu có một cụn bơm nào bị hư hỏng không sử dụng được thì ta lấy ra sữa chữa mà không ảnh hưởng đến quá trình làm việc của động cơ Với đặc tính này hệ thống phun với BCA-VP liên hợp đảm nhận các nhiệm vụ sau:

- Ấn định lựong nhiên liệu để phun vào xylanh

- Tạo áp lực phun nhiên liệu lớn

- Phân tán nhiên liệu vào buồng đốt thật tơi sương

- Đảm bảo nhiên liệu lưu thông làm mát vòi phun

H 1-4 Hệ thống nhiên liệu BCA-VP liên hợp

1- Thùng nhiên liệu, 2- Bầu lọc sơ cấp, 3- Bơm chuyển nhiên liệu, 4- Bầu lọc thứ cấp, 5- Ống nhiên liệu hồi về, 6- Ống nhiên liệu tới BCA, 7- Cụm bơm cao áp – vòi phun

3) Hệ thống phun với bơm cao áp (BCA) phân phối

Khác với các hệ thống khác, hệ thống phun BCA phân phối có BCA đặt nằm ngang, sử dụng bộ điều tốc cơ khí Bơm cao áp phân phối có hai nhóm cơ bản bơm phân phối kiểu piston và bơm phân phối kiểu rôto Trên BCA kiểu piston, piston có nhiệm vụ đẩy nhiên liệu vào hệ thống phân phối nhiên liệu theo từng chu kỳ làm thông khoáng trên piston bơm với các VP của động cơ tương ứng

Trên H 1-5 là sơ đồ hệ thống BCA phân phối kiểu piston có đặc điểm piston bơm vừa làm nhiệm vụ chuyển động tịnh tiến vừa thực hiện xoay piston để phân phối nhiên liệu cho các xylanh động cơ Còn đối với BCA phân phối kiểu rôto thì lại khác, có hệ thống tạo áp lực riêng để đẩy nhiên liệu đi, còn rôto chỉ làm nhiệm vụ phân phối nhiên liệu cho động cơ

H 1–5 Hệ thống nhiên liệu BCA phân phối

1- Bơm cao áp phân phối, 2- Lọc thứ cấp, 3- Thùng nhiên liệu, 4- bơm tiếp vận, 5- Vòi phun

4) Hệ thống phun nhiên liệu điện tử

Các HTPNL nói ở trên toàn bộ là HTPNL điều khiển bằng cơ khí Ngoài ra còn có HTPNL điều khiển bằng điện tử Hệ thống này về nguyên tắc hoạt động thì gần giống với các loại khác, chúng chỉ khác ở chỗ là hệ thống này được điều khiển bằng điện tử, nên lượng nhiên liệu đi vào buồng cháy chính xác với áp suất phun cao, ổn định ở mọi tốc độ của động cơ

1.3 CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU 1.3.1 NHIÊN LIỆU

Nhiên liệu dùng cho động cơ diesel là loại dầu cặn (gas-oil, dầu diesel, dầu mazut ) được lấy từ lần chưng cất đầu tiên của dầu thô nên nó các đặc điểm:

Là loại nhiên liệu có thành phần chủ yếu là ba loại cacbua: paraphinich, náptinich, aromatich

Nhiên liệu diesel có khả năng tự bốc cháy ở nhiệt độ 2800c, hàm lượng cetan chiếm từ (35% - 45%) trong nhiên liệu, nhiệt độ bén lửa trên 650c, nhiệt trị của dầu khoảng 10.000 Calo, độ nhớt của dầu tương đối cao nên nó làm ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của BCA-VP, đặc biệt là quá trình tạo áp suất phun cho nhiên liệu, mặt khác nhiên liệu có độ nhớt cao sẽ góp phần bôi trơn cho cặp piston, xylanh của bơm cao áp và kim phun, voi phun…

1.3.2 THÙNG CHỨA NHIÊN LIỆU

Thùng chứa nhiên liệu được dùng chứa nhiên liệu cho động cơ làm viêc, đảm bảo được một lượng nhiên liệu nhất định để động cơ hoạt động trong một thời gian nhất định

Cỡ thùng lớn nhỏ tùy thuộc vào yêu cầu, đặc tính làm việc của động cơ

Thùng được làm bằng thép tấm, trong thùng có các tấm ngăn nhằm làm giảm dao động cho nhiên liệu Trên nắp thùng có gắn ống thông hơi, dưới đáy thùng có nút xã cặn

để xã nước và cặn lắng, ngoài dưới đáy được làm lõm xuống để lắng cặn, ống dẫn nhiên liệu được đặt cao hơn đáy thùng khoảng 3 cm

1.3.3 BÌNH LỌC NHIÊN LIỆU

1.3.3.1 CẦN THIẾC PHẢI LỌC KỶ NHIÊN LIỆU

Trong nhiên liệu dùng cho động cơ diesel là dầu cặn nên tồn tại nhiều chất cặn cứng và nước, mà ta biết trong hệ thống nhiên liệu thì cặp lắp ghép piston xylanh của BCA và VP là các chi tiết có yêu cầu cao về độ chính xác Do đó mà trong quá trình chuyển nhiên liệu đến cho cặp lắp ghép này làm việc nếu còn tồn tại cặn thì chất cặn này

sẽ làm cho cặp lắp ghép chính xác bị hư hỏng nặng dù chỉ là hạt bui nhỏ 1/1000 ly cũng làm cho cặp lắp ghép này bị trầy xước, kẹt piston gây hư hỏng nặng cho hệ thống vì vậy

mà ta cần lọc sạch nhiên liệu trước khi đem vào hệ thống bơm Với nhiệm vụ trên đòi hỏi lọc nhiên liệu phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Phải chận được những hạt bụi bằng một phần ngàn ly (1/1000 ly)

- Chịu đựng được sự làm việc lâu dài khoảng 10.000 km

- Áp lực trong bình lọc không được vượt quá 500 gam

- Bình lọc đơn giản, tháo lắp dễ dàng, rẻ, độ bềnh cao Muốn lọc được tất cả các hạt bụi trong nhiên liệu dầu diesel ta phải tiến hành lọc rất nhiều lần qua nhiều bình lọc Trong động cơ diesel ta cần lọc ít nhất là hai lần thì nhiên liệu mới được đưa đến BCA của hệ thống Hai lần lọc đó là lọc sơ cấp và lọc thứ cấp (lọc tinh), ngoài ra một số động cơ có yêu cầu cao về lượng nhiên liệu thì ta phải gắn thêm một bình lọc ở vòi phun

1.3.3.2 BÌNH LỌC SƠ CẤP

Bình lọc sơ cấp (H 1–6a) là bình lọc đầu tiên giữa thùng nhiên liệu và bơm tiếp vận Bình lọc gồm có một lõi lọc (bì lọc) được làm bằng một tấm lưới thau có lỗ thưa khoảng 0,1 ly Bình lọc sơ cấp có nhiệm vụ chận những hạt bụi bẩn có kích thước lớn và nước lẫn trong nhiên liệu đưa ra ngoài

1.3.3.3 BÌNH LỌC THỨ CẤP

Bình lọc thứ cấp có nhiệm vụ ngăn không các hạt bụi còn sót lại sau khi qua lọc sơ cấp đồng thời nó phải lọc được tất cả các hạt bụi có kích thước nhỏ 0,001 ly, nhằm đảm bảo cho nhiên liệu đến BCA là sạch hoàn toàn

Bình lọc thứ cấp có hai loại (H 1-6b,c): loại có thể rửa và sử dụng lại được, loại không sử dụng lại được khi đã bẩn đa số các loại bình lọc đều được làm bằng giấy xốp xếp thành nhiều lớp để tăng diện tích tiếp xúc, có loại làm bằng vải hoặc nỉ…

a)

H 1–6 Bầu lọc nhiên liệu

a) Bầu lọc sơ cấp, b) Bầu lọc thứ cấp hiệu C.L.M, c) Bầu thứ cấp Bosch

1.3.4 BƠM TIẾP VẬN

Bơm tiếp vận có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ thùng chứa đi qua hai bình lọc sơ cấp

và thứ cấp rồi cung cấp cho BCA làm việc Với đặc điểm này bơm cao áp thường sử dụng phổ biến ba loại bơm: bơm màng, bơm piston và bơm bánh răng, trong đó bơm màng là ít dùng nhất

1.3.4.1 BƠM PISTON

Đây chính là loại bơm piston Bosch được gắn bên hông BCA và nó hoạt động nhờ trục cam của bơm Đặc điểm của bơm tiếp vận này là piston 11 tự điều chỉnh khoảng chạy của nó và bơm cả hai mặt tùy theo chế độ hoạt động của động cơ

Khi cam không đội cần đẩy lên thì lò xo (7) đẩy piston (11) xuống hút nhiên liệu

từ lỗ hút (9) vào, đồng thời trong lúc chạy xuống này piston (11) cũng làm nhiệm vụ đẩy nhiên liệu nơi phòng (3) theo mạch (4) vào lỗ thoát (5) Lúc cam đội piston đi lên van hút (8) đóng lai van thoát (6) mở ra nhiên liệu được thoát ra, một phân nhiên liệu được đưa đến bình lọc thư cấp qua cửa thoát (5) một phần theo mạch (4) về phòng (3) bên dưới piston Quá trình sẽ được lặp đi lặp lại như thế khi động cơ hoạt động Trong trường hợp

H 1–8 Kết cấu và hoạt động của bơm tiếp vận Bosch loại piston

5- Lỗ thoát, 6- Van thoát, 7- Lò xo bơm, 8- Van hút, 9- Lỗ hút, 11- Piston bơm, 13- Cần đẩy

nhiên liệu đã đầy trong bình lọc thứ cấp và BCA khi đó áp suất nhiên liệu tại phòng (3) tăng lên sẽ đẩy piston (11) đi lên nắm lưng chừng giữa khoảng chạy, khi đó cần đẩy (13) vẫn hoạt động nhưng nó sẽ không đẩy được piston (11) chuyển động Khoảng chạy của piston (11) tùy thuộc vào áp suất nhiên liệu trong phòng chứa (3), có nghĩa là tùy thuộc vào nhu cầu của BCA

1.3.4.3 BƠM BÁNH RĂNG

Bơm bánh răng hoạt động dựa trên tốc độ quay của bánh răng, khi bánh chủ động (1) quay, nó sẽ kéo theo bánh răng (2) cũng quay theo do hai bánh răng này ăn khớp với nhau Khi hai bánh răng quay sẽ tạo sự chênh lệch áp suất lớn trước vao sau bơm, do đó nhiên liệu được hút vào đường (7) và đi ra theo đường (3) để đến bình lọc và BCA

1.3.5 BƠM CAO ÁP (BCA)

Bơm cao áp là bộ phận quan trọng nhất của HTPNL động cơ diesel BCA được xem là trái tim của động cơ, có thể điều tiếc được tốc độ của động cơ Với vai trò là trái

H 1–9 Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

1- Bánh chủ động, 2- Bánh bị động, 3- Đường đẩy nhiên liệu, 4- Cửa an toàn, 5- Van an toàn, 6- Vỏ, 7- Đường hút nhiên liệu

tim của động cơ nên BCA đảm nhận nhiệm vụ quan trọng là cung cấp nhiên liệu cho động cơ Để hoàn thành nhiệm vụ của mình bơm cao áp cần phải đảm bảo các yêu cầu:

- Nhiên liệu phải có áp suất cao, tạo chênh áp lớn trước và sau lỗ phun

- Cung cấp nhiên liệu đúng thời điểm và theo quy luật mong muốn

- Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xylanh của động cơ

- Dễ dàng và nhanh chong thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình phù hợp với chế độ làm việc của động cơ

Căn cứ vào nhiệm vụ trên của BCA đối với động cơ mà có nhiều loại BCA ra đời nhằm đáp ứng các yêu cầu của từng động cơ khác nhau Sau đây ta trình bày một số loại BCA thường dùng

1.3.5.1 BƠM CAO ÁP ĐIỀU CHỈNH BẰNG CAM DỌC

BCA điều chỉnh bằng cam dọc (H 1-10) là loại BCA điều chỉnh lượng nhiên liệu đến VP bằng việc dịch chuyển cam nhiên liệu sang trái hoặc sang phải thì nó sẽ làm thay đổi khoảng dịch chuyển tịnh tiến của piston trong quá trình tạo áp suất và cấp nhiên liệu đến VP làm cho thể tích nhiên liệu trong khoang bơm thay đổi do đó mà lượng nhiên liệu đến VP thay đổi

H 1–10 BAC điều chỉnh bằng cam dọc

1- Piston, 2- Xylanh, 3- Đầu nối ống cao áp, 4- Ống cao áp, 5- Van triệt hồi, 6- Van nạp, 7- Lò xo khứ hồi, 8- Con đội, 9- Cam nhiên liệu, 10- Thân bơm

1.3.5.2 BƠM CAO ÁP ĐIỀU CHỈNH BẰNG VAN TIẾC LƯU

BCA điều chỉnh bằng van tiếc lưu là loại BCA mà nhiên liệu vào khoang chứa của bơm không thay đổi trong quá trình làm việc Nhiên liệu chỉ bị thay đổi lượng dẫn đến vòi phun bởi phía dưới của van triệt hồi có một đoạn có găn van tiếc lưu Van này ấn định lượng nhiên liệu áp suất cao đi từ van triệt hồi đến vòi phun phù hợp với từng tốc độ của động cơ Cách thay đổi lượng nhiên liệu này thông qua việc thay đổi tiếc diện van tiếc lưu ứng với một tốc độ nào đó của động cơ

1.3.5.3 BƠM CAO ÁP KIỂU BOSCH

Là loại bơm nhiên liệu được gọi là bơm cổ điển Loại bơm này nhiên liệu đi vào buồng cháy được điều khiển bởi thanh răng bơm làm cho mép vát trên thân piston thay đổi do đó làm cho lưu lượng nhiên liệu thay đổi trong quá trình cấp Thanh răng được gắn với bộ điều tốc để điều khiển phù hợp với tốc độ Về mặt nguyên lý hoạt động và cấu

tạo của nó sẽ được trình bày ở (chương 3)

H 1–11 BAC điều chỉnh bằng

van tiết lưu

1- Piston, 2- Xylanh, 3- Đầu nối ống cao áp, 4- Ống cao áp, 5- Van tiết lưu, 6- Lỗ nạp, 7- Chêm điều chỉnh góc phun sớm, 8- Lò

xo khứ hồi, 9- Thân BCA, 10- Coi đội, 11- Cam nhiên liệu, 12- cần táy bơm

1.3.5.4 BƠM CAO ÁP KIỂU PHÂN PHỐI

Bơm phân phối là loại bơm chỉ dùng một hoặc hai cặp piston – xilanh đồng thời dùng cách phân phối và định lượng thích hợp để đưa nhiên liệu cao áp tới các xilanh của động cơ nhiều xilanh So với bơm bộ, ưu điểm chính của bơm phân phối là: nhỏ nhẹ, ít

H 1–13 Hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp DPA

1- Thùng nhiên liệu, 2- Ống dầu hồi, 3,9- Bơm chuyển dầu, 4- bình lọc, 5- Lỗ gây cảm, 6- Ống dẫn dầu rò, 7- Van tiết lưu, 8- Van điều chỉnh áp suất tự động, 10- Tay điều khiển, 11- Van điều khiển nạp dầu, 12- Lỗ phân phối, Vòi phun, 14- Lỗ dầu

Phần giữa của rôto có các lỗ nạp, số lượng lỗ này bằng số xilanh động cơ Khi một trong các lỗ nạp (14) trùng với lỗ thông trên đường đưa dầu vào thì nhiên liệu qua van điều khiển (11) nạp vào xilanh bơm Rôto quay tiếp, lỗ nạp (14) được đóng kín, sau đó vấu cam đẩy piston (16) đi vào thực hiện hành trình bơm, lúc ấy một trong các lỗ thoát (12) ở phần trên của rôto trùng với đường thông đưa tới vòi phun cấp cho xylanh động

cơ Tiếp theo lỗ nạp (14) lại thông với đường nhiên liệu của van điều khiển (11) để bắt đầu một chu trình công tác mới cấp nhiên liệu cho một vòi phun khác (H.1 - 14)

Sau khi đi qua bơm chuyển nhiên liệu (3) và bình lọc (4), nhiên liệu sẽ đi vào bơm phiến gạt (9) được nâng lên một áp suất ổn định nhờ van điều chỉnh áp suất (8) sau đó đi vào van điều khiển (11) Nhờ tay đòn (10) điều khiển tiết diện lưu thông trong van (11)

mà thay đổi định lượng nhiên liệu nạp, cách định lượng này người ta gọi là định lượng bằng van tiết lưu trên đường nạp Lượng nạp tăng thì hành trình hút của piston (16) sẽ tăng, còn lượng nạp nhỏ thì sẽ ngược lại Trong hệ thống còn có thiết bị điều chỉnh góc phun sớm, được điều khiển bằng cách thay đổi vị trí tương đối giữa vành cam và rôto nhờ áp suất dầu

H 1–14 Nạp và bơm nhiên liệu trong

bơm phân phối

1- Roto, 2- Lỗ phân phối, 3- Lỗ ra, 4- Đầu tới vòi phun, 5- Xylanh, 6- Piston, 7- Đường nạp, 8- Cửa nạp, 9-

Lỗ định lượng

1.3.5.5 BỘ BƠM CAO ÁP – VÒI PHUN P-T 1) Đặc điểm cấu tạo

Kim (10) làm chức năng của piston BCA, đồng thời làm chức năng van trược đóng mở lỗ định lượng (jiclơ) (12), lỗ phun nhiên liệu và lỗ nối với đường dầu hồi Xylanh (8) có các đường nạp, đường hồi dầu, lỗ định lượng Cốc phun (9) có các lỗ phun

và mặt tỳ hình côn của kim (10) Trên mặt tiếp xúc giữa xylanh (8) và cốc phun (9) có rảnh nhiên liệu (13), nối thông đường nhiên liệu phía sau van một chiều (11) với lỗ định lượng (12) Êcu tròng (7) ép chặt cốc phun (9), xylanh (8) vào thân bơm (4), lò xo (3) thông qua đĩa (2) đẩy piston (10) đi lên, còn đũa đẩy (1) nhờ vấu cam và hệ tay đòn đẩy

BCA

H 1–16 Bơm cao áp vòi phun P – T

1- Cán piston, 2- Đĩa lò xo, 3- Lò xo, 4- Thân bơm, 5- Lưới lọc, 6-

Lỗ dầu vào, 7- Ecu tròng, 8- Xylanh, 9- Đầu vòi phun, 10- Piston, 11- Van bi, 12- Lỗ định lượng, 13- Rảnh nhiên

2) Nguyên lý hoạt động

Hành trình đi lên của kim (1) nhờ lò xo (3) đẩy kim (1) đi lên, trong quá trình đi lên kim (1) tạo nên áp lực, hút một lượng khí nóng từ xylanh qua lỗ phun vào cốc, khi kim (1) mở lỗ định lượng (12) thì cũng là lúc nó đóng kín đường hồi dầu, lúc đó nhiên liệu đi qua lỗ định lượng vào cốc, trong cốc nhiên liệu hòa trộn với dòng khí nóng tạo nên hỗn hợp mới trong cốc Hành trình đi xuống của kim nhờ cam tác dụng vào cần đẩy như nói ở trên, kim đi xuống và che kín dần lỗ định lượng đồng thời mở đường hồi dầu, cùng lúc này hổn hợp nhiên liệu và khí nóng cũng được phun vào xilanh thông qua lỗ phun dưới dạng nhũ tương (bọt nhiên liệu) Do độ dốc của cam ngày càng cao nên tốc độ phun ngày càng lớn nên nhiên liệu ngày càng được xé tơi sương và hòa trộn đều với không khí trong buồng cháy, khi đũa đẫy lên tới vị trí cao nhất thì kim phun tì xát lên mặt côn của cốc và quá trình phun kết thúc Sau khi lên tới vị trí cao nhất cam lại bắt đầu hạ thấp xuống sẽ làm giảm dần tải trọng tiếp xúc giữa kim và cốc, nhiên liệu nén lúc này ít nên áp suất dao động không đáng kể

Thực chất trong BCA-VP này đã dùng BCA không thay đổi hành trình piston và

sử dụng vòi phun hở với van một chiều (11) ngăn không cho nhiên liệu và khí nóng đi về đường nạp Việc định lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình được thực hiên nhờ thay đổi áp suất p của nhiên liệu phía trước và thời gian T(s) mở lỗ định lượng Thời gian T tỷ

H 1–17 Hệ thống dẫn động bơm cao áp vòi phun P-T

1- Cam, 2- Cần lắc, 3- Đũa đẫy, 4- Vít điều chỉnh, 5- Ecu tròng, 6- Trục đòn bẩy

lệ nghịch với tốc độ n (vòng/phút) của động cơ, còn áp suất p được điều khiển nhờ bơm chuyển nhiên liệu và các bộ điều chỉnh

1.3.6 VÒI PHUN (VP)

Vòi phun thường được lắp trên nắp xilanh, dùng để phun tơi nhiên liệu vào buồng đốt động cơ Vòi phun trong động cơ diesel được chia làm hai loại chính: vòi phun hở và vòi phun kín

1.3.6.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA VÒI PHUN

NHIÊN LIỆU 1) CẤU TẠO

Một vòi phun nhiên liệu thông thường gồm ba chi tiếc chính sau:

- Thân kim: Trên thân có đường ống dầu hồi, đường ống dầu vào và cây vít xã gió Trong thân kim còn có lò xo, cây chốt đè lên van kim đóng kín bệ của nó nơi đót kim, việc điều chỉnh áp suất phun của nhiên liệu nhờ vào vít điều chỉnh bố trí tại đầu trên thân kim

H 1–18 Vòi phun nhiên liệu

1- Vít xả gió, 2- Vít chỉnh và ốc hãm, 3- Ốc xiết lò xo, 4- Thân kim, 5- Đầu nối, 6- Đót kim, 7- Van kim, 8- Mạch nhiên liệu, 9- Lò xo, 10- Đường dầu vào, 11- Đường dầu 12 Đũa

- Đót kim: Chứa van kim, thông với mạch dầu trong thân kim nhờ vào rảnh tròn, phần dưới đót có một hay nhiều lỗ phun rất bé

- Khâu vặn: Dùng để xiết đót kim vào thân kim

2) NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Nhiên liệu do bơm cao áp bơm đến, chui vào thân kim, theo mạch (C) xuống khoang áp suất (B) bao quanh đoạn hình nón trên của van kim Nhiên liệu được tống vào liên tục vào trong phòng áp suất với áp suất lớn có thể thắng được lực đẩy của lò xo để nâng kim phun lên, lúc này đoạn côn dưới của van kim được nâng lên và mở từ từ lỗ phun cho nhiên liệu xịt vào xylanh buồng đốt

Khi BCA kết thúc quá trình bơm, áp suất phun trên đoạn cao áp đến vòi phun giảm ngay do đó áp suất trong khoan (B) giảm thấp hơn lực đẩy của lò xo nên kim phun

bị đóng lại tức thời, quá trình phun kết thúc Phần nhiên liệu dư theo đường dầu hồi trở

về thùng chứa, chỉ có một phần ít nhiên liệu len lỏi vào các khe hở của van kim và đót kim

Áp suất dầu được điều khiển bằng cách xoay con vít chỉnh trên thân kim, xoay vào

sẽ tăng thêm lực lò xo do đó áp suất phun dầu tăng, khi ta chỉnh ra thì áp suất phun sẽ giảm Ngoài ra người ta con điều chỉnh áp suất phun bằng việc thêm bớt chêm mỏng trên

giảm công suất và hiệu suất động cơ, tạo nhiều muội than ở miệng lỗ phun và trong buồng cháy nên ít sử dụng

2) Vòi phun kín tiêu chuẩn

Vòi phun kín tiêu (H 1- 19a) chuẩn có hai mặt tiết lưu: Một thay đổi tiết diện tại

đế tỳ mặt côn của kim và một là không thay đổi tiết diện tại lỗ phun Phần cấu tạo của vòi phun kín tiêu chuẩn gồm có: Thân kim (20) và van kim (6) là cặp lắp ghép chi tiết chính xác với khe hở phần dẫn hướng khoảng (2 ¸ 3 mm) Mặt côn (5) của kim tỳ lên đế côn

của thân dùng để đóng mở đường thông của nhiên liệu từ đường cao áp đến các lỗ phun (4) Với đường kính khoảng 0,34 mm, các lỗ phun được phân bố đều xung quanh và tạo góc nghiên 75o so với đường tâm kim Ecu tròng (7) bắt chặt thân kim (20) vào thân vòi phun (18) với hai chốt định vị Hai mặt tiếp xúc của thân kim và thân vòi phun được mài bóng, bao kín cho đường nhiên liệu (8) và (19), cốc (12) với vít điều chỉnh (13) và ecu hãm (14) được vặn chặt vào đầu trên của thân vòi phun Lò xo (11), đĩa lò xo (10) và đũa đẫy (9) ép kim (6) tỳ lên đế Phía trên cốc (12) có chụp bảo vệ 1(6), trên đó có lỗ ren (15) nối với đường hồi dầu Vít điều chỉnh (13) và ecu hãm (14) dùng để điều chỉnh áp suất nhiên liệu bắt đầu nâng kim phun và khóa chặt vít ở vị trí điều chỉnh tốt Miệng vào vòi phun có lưới lọc (17)

Nguyên lý hoạt động của vòi phun này là Nhiên liệu từ BCA qua đường cao áp, lưới lọc (17), đường (19) vào không gian phía trên đế côn của kim phun Áp suất nhiên liệu tác dụng lên mặt côn của kim phun tạo nên lực chống lại lực ép lò xo (11) Khi lực trên thắng lực ép lò xo, kim phun sẽ đẩy lên để mở đường thông và bắt đầu phun nhiên liệu Áp suất nhiên liệu, đảm bảo đẩy mở kim phun và bắt đầu phun nhiên liệu được gọi

là áp suất nâng kim phun (áp suất bắt đầu phun), với vòi phun kín tiêu chuẩn áp suất trên vào khoảng 15 ¸ 25 MPa Trong quá trình phun áp suất nhiên liệu có thể đạt tới 100 MPa Độ nâng kim được hạn chế bởi mặt trên của kim và mặt dưới của thân vòi phun khi kim đóng kín vào khoảng 0,3 ¸ 0,5mm Nếu lớn quá dễ gây hỏng đế van do va đập Vòi phun kín tiêu chuẩn được sử dụng rộng rải trên các loại động cơ diesel buồng cháy thống

nhất Ngoài ra ta còn có vòi phun kín có chốt trên đầu kim phun (H 1-19b) và vòi phun

kín dùng van (H 1- 19d)

H 1–19 Các d•ng vòi phun a) Kín tiêu chuẩn, b) Có chốt trên đầu kim phun, c) Vòi phun hở, d)

Kín có van

1- Thân, 2,7- Ecu tròng, 3- Miệng phun, 4- Lỗ phun, 5- Đế kim, 6,22- Kim phun, 8- Chốt, 9- Đũa đẫy, 10- Đĩa lò xo, 11- Lò xo, 12- Cốc, 13- Vít điều chỉnh, 14- Ecu hãm, 15- Đầu nối, 16- Chụp, 17- Lưới lọc, 18- Thân vòi phun, 19- Đường nhiên liệu, 20,21- Thân kim

Bộ điều tốc (H 1- 20) có khả năng giữ và duy trùy động cơ làm việc ở một chế độ tải nhất định Quá trình làm việc của bộ điều tốc động cơ chính là điều chỉnh việc cấp nhiên liệu vào buồng đốt động cơ cho phù hợp với chế độ tải của động cơ và duy trùy tốc

độ động cơ trong quá trình làm việc không ổn định và chạy không tải

H 1-20 Các bộ điều tốc a) Bộ điều tốc trực tiếp b) Bộ điều tốc gián

CHƯƠNG 2

PHÂN TÍCH NHỮNG YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU

VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH PHUN

NHIÊN LIỆU

2.1 PHÂN TÍCH NHỮNG YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG PHUN NHIÊN LIỆU

Ta biết hệ thống nhiên liệu là một hệ thống rất quan trọng trong động cơ diesel nói riêng và động cơ nói chung Hệ thống này có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho toàn bộ quá trình làm việc của động cơ, bảo đảm lượng nhiên liệu phun vào là đủ, đúng thời điểm

và tạo áp suất cao Những đặc điểm này được thể hiện cụ thể qua các yêu cầu sau:

- Ấn định lượng nhiên liệu

- Thời điểm phun nhiên liệu

- Quy luật phun nhiên liệu và cấu trúc tia nhiên liệu

2.1.1 ẤN ĐỊNH LƯỢNG NHIÊN LIỆU

Ấn định lượng nhiên liệu là khả năng điều khiển lượng nhiên liệu vào buồng cháy trong một chu trình công tác phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ, đồng thời bảo đảm khả năng phân bố đồng đều nhiên liệu đến các xylanh động cơ

Mặt khác định lượng nhiên liệu còn góp phần giớ hạn lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ trong các điều kiện làm việc không bình thường, chẳn hạn như: động cơ làm việc với tải nhỏ bất thường, chạy không tải, làm việc quá tải… Quá trình định lượng nhiên liệu trong động cơ diesel được thể hiện qua hai thông số: lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình (gct) và độ cấp liệu không đều giữa các xylanh (Dgct)

2.1.1.1 LƯỢNG NHIÊN LIỆU CẤP CHO MỘT CHU TRINH

Lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình là lượng nhiên liệu cần thiết cấp cho một chu làm việc của động cơ ứng với tải và công suất nhất định, lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình được xác định bởi công thức sau

gct: lượng nhiên liệu cung cấp cho một chu trình

Ne: công suất có ích của động cơ (KW) Z: hệ số phụ thuộc vào số kỳ của động cơ

nl i n

Z g N

ct

r

60

1000

Z=1 đối với động cơ 2 kỳ Z=2 đối với động cơ 4 kỳ n: tộc độ quay của động cơ i: số xilanh của động cơ

rnl: khối lượng riêng của nhiên liệu

Qua công thức (2.1) và đồ thị H 2-1 ta thấy lượng nhiên liệu cần phun vào xilanh động cơ trong một chu trình công tác (gct) luôn luôn thay đổi theo chế độ làm việc của động cơ (Ne, n) Tức là khi công suất có ích của động cơ tăng hoặc tốc độ tăng thì gct tăng

và ngược lai, điều này nói lên là khi động cơ làm việc với tải thay đổi thì nhất thiếc ta phải thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho phù hơp nhằm đáp ứng đủ nhiên liệu cho quá trình cháy, tránh sự lãng phí nhiên liệu vô ích trong quá quá trình cháy, ảnh hưởng đến công suất động cơ, hạn chế được các tác hại xấu cho động cơ Ngoài ra sự thay đổi lượng nhiên liệu chu trình công tác cũng làm ảnh hưởng đến các thông số có ích của động cơ như (Pe, Ne, Gnl, Me) cần đạt được ứng với một chu trình nhất định và hiệu suất cơ giới (hm) trong quá trình làm việc thể hiện qua các công thức sau [8 T411]

Ne = C1.gct hi hm (2.2)

H 2–1 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của gct đến tốc độ và tải của

động cơ a) Ảnh hưởng đến tải, b) Ảnh hưởng đến tốc độ

Pe = C2.gct hi hm (2.3)

Me = C3.gct hi (2.4)

Gnl =A5 gct h (2.5)

Pe: Áp suất có ích trung bình của động cơ

Me: Mômen có ích của động cơ tính ở đầu ra trục khuỷu

C1, C2, C3,A5,a,b,c: là các hằng số

hi: hiệu suất chỉ thị

hm: hiệu suất cơ giớ

2.1.1.2 ĐỘ CẤP LIỆU KHÔNG ĐỀU GIỮA CÁC XYLANH

Độ cấp liệu không đồng đều giữa các xilanh là đại lượng đánh giá sự phân phối nhiên liệu cho từng xilanh trong quá trình làm việc, qua đó có thể nói lên tình trạng làm việc hiện taị so với tiêu chuẩn

Dgct độ cấp liệu không đồng đều ở các xilanh

gct-max lượng cấp liệu lớn nhất vào xilanh trong một chu trình

gct-min lượng cấp liệu nhỏ nhất vào xilanh trong một chu trình Qua công thức (2.2) và thực nghiệm ta thây rằng trong quá trình làm việc của động cơ nhiều xilanh luôn xãy ra tình trang cấp liệu không đều giữa các xilanh Nguyên nhân chính là do trong quá trình làm việc, mặc dù ta cấp nhiên liệu đủ cho một chu trình công tác, nhưng do trong động cơ làm việc với nhiều xilanh nên ta cần nhiều BCA và VP

để cấp nhiên liệu cho từng xilanh, do đó mà khi ta cấp nhiên liệu cho các hệ thống này trên cùng một đường ống nên những phần tử BCA nằm gần đường dẫn nhất sẽ nhận nhiều nhiên liệu nhất còn những phần tử BCA ở xa sẽ nhận ít nhiên liệu, chính vì điều này mà khi đi tới các xilanh sẽ xãy ra tình trạng có những xilanh thì hổn hợp nhiên liệu không khí đậm còn có những xilanh khác thì lại nhạc, làm cho quá trình cháy diễn ra ở các xilanh không đều làm động cơ làm việc không ổn định, nhả khó đen, rung động mạnh, dẫn đến công suất sinh ra không đạt so với yêu cầu

i ct

m m

g c

bc a h

h

2

1 +-

=

1002

min max

min max

-

-

-+

-=D

ct ct

ct ct

ct

g g

g g

(2.6)

[6 T141]

Từ đồ thị (H 2-2) ta thấy rằng khi Dgct thay đổi theo chiều tăng thì các thông số có ích của động cơ (Ne, he) giảm và các thông số không nên và cần tránh của động cơ (Tx, K%, ge, DPz) thì tăng lên, ngược lại khi Dgct giảm thì các thông số có ích này ngày càng đạt yêu cầu còn các thông số không có lợi thì giảm Đều này có thể giả thích là khi Dgct thay đổi theo chiều tăng có nghĩa là sự chênh lệch nhiên liệu giữa các xilanh không đều,

có những xilanh thì làm việc quá tải với áp xuất cháy cực đại (PZ)đạt giá tri lớn, nhiên liệu vẫn còn tồn tại nhiều trong xilanh sau quá trình cháy làm cho động cơ làm việc cứng

và nhả khói đen Trong khi đó có những xilanh thì làm việc non tải (mềm), nhiên liệu không đủ đáp ứng cho quá trình cháy Chinh sự làm việc không bình thường này của các xilanh làm cho động cơ làm việc rung động mạnh, làm cong trục khuỷu, gây ô nhiễm môi trường, hiệu suất làm việc thấp Còn khi động cơ làm việc với Dgct giảm thì lượng nhiên liệu cung cấp cho các xilanh tương đối đều do đó mà động cơ đạt hiệu quả cao Do vậy

mà trong quá trình làm việc của động cơ ta luôn tìm cách giảm Dgct càng thấp càng tốt, đặc biệt tối ưu nhất là khi tiến tới Dgct=0

H.2–2 Đồ thị biểu diễn Dgct ảnh hưởng đến các thông số của

động cơ

he

2.1.2 THỜI ĐIỂM PHUN NHIÊN LIỆU

Ta biết động cơ diesel là động cơ có hổn hợp cháy được hình thành trực tiếp trong buồng đốt theo một tỷ lệ nhất định giữa không khí và nhiên liệu nên hổn hợp cháy là hổn hợp không động nhất Do vậy quá trình cháy diễn ra trong động cơ là một quá trình cài răng lược, trong đó nhiên liệu vừa vào sẽ được hòa trộn và bốc cháy trong khi nhiên liệu vẫn tiếp tục phun vào để hòa trộn cho quá trình cháy kế tiếp trong một chu trình, quá trình này xãy ra liên tục cho đến khi lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình đã hết Do đặc tính làm việc như vậy nên HTPNL cần phải xác định một thời điểm phun thích hợp

để phần lớn nhiên liệu có thể phát hỏa tốt trong quá trình cháy chính nhằm đảm bảo áp suất cháy cực đại đạt giá trị tối ưu Chất lượng định thới của HTPNL được thể hiện qua hai thông số sau: góc phun sớm nhiên liệu (jfs) và độ định thời không đồng đều (Dqfs)

2.1.2.1 QUÁ TRÌNH CHÁY

Căn cứ vào đặc điểm hình thành hòa khí của động cơ diesel và quá trình biến thiên

áp suất của hổn hợp cháy trong xilanh Ta có thể chia quá trình cháy của động cơ thành các giai đoạn sau

j

ji q

1) Giai đoạn chậm cháy

Giai đoạn chậm cháy là giai đoạn bắt đầu từ thời điểm những hạt nhiên liệu đầu tiên phun vào buồng đốt (điểm Cf) đến thời điểm hình thành những trung tâm cháy đầu tiên (điểm Ci) Giai đoạn này diễn ra trong tích tắc khoảng mấy phần ngàn của giây, nhưng nó lại diễn ra hang loạt các quá trình lý hóa đối với nhiên liệu, đó là sự biến đổi các thành phần hóa học của nhiên liệu thành nhiệt năng, rồi biến đổi quá trình nhiệt năng này thành cơ năng nhằm đáp ứng nhu cầu của động cơ Cụ thể là các nhiên liệu được phun vào buồng đốt dưới dạng tia, nhưng trong buồng đồt các tia nhiên liệu này dưới tác dụng của áp suất dòng khí nén, nhiên liệu được biến hoàn toàn thành sương, hòa trộn đều với không khí và sấy nóng lên đến nhiệt độ tự phát hỏa và xãy ra đồng thời các phản ứng tiền ngọn lửa và cuối cùng là hình thành những trung tâm cháy đầu tiên Trong quá trình này áp suất cháy gần như bằng áp suất không khí nén, do trong quá trình này các phản ứng tiền ngọn lửa tỏa ra 1 lượng nhiệt rất nhỏ, đôi khi nhiệt độ và áp suất trong giai đoạn này còn thấp hơn nhiệt độ và áp suất trước khi phun nhiên liệu vào buồng cháy, sự mất nhiệt này là do nhiên liệu hóa hơi

Giai đoạn chậm cháy của động cơ diesel diễn ra rất ngắn nhưng so với động cơ xăng thì nó dài hơn Lượng nhiên liệu được phun vào buồng đốt ở giai đoạn này thường

từ gi = (30 - 40%gct ), đôi khi gi = 100% gct đối với động cơ cao tốc

2) Giai đoạn cháy không điều khiển (cháy tự do)

Giai đoạn này kéo dài tư thời điểm đường cháy tách rời khỏi đường nén (điểm Ci) đến thời điểm áp suất cháy đạt đến trị số cực đại PZ (điểm Z) Trong giai đoạn này lượng nhiên liệu được phun trong giai đoạn chậm cháy (gi) cùng với lượng nhiên liệu được phun vào đầu giai đoạn này sẽ bốc cháy mãnh liệt trong điều kiện nhiệt độ cao và nồng

độ oxy lớn Ngọn lửa từ các trung tâm cháy đầu tiên phát triển ra khắp không gian buồng đốt Tốc độ tỏa nhiệt rất lớn trong điều kiện thể tích của không gian công tác nhỏ làm cho nhiệt độ và áp suất trong xilanh tăng lên mãnh liệt Đường áp suất rất dốc có thể coi giai đoạn này của quá trình cháy của động cơ diesel tương ứng với quá trình cấp nhiệt đẳng tích

3) Giai đoạn cháy có điều khiển

Giai đoạn cháy có điều khiển là giai đoạn mà quá trình cháy có áp suất không đổi trong xilanh (đoạn z-z) Đặc điểm này là kết quả tác động đồng thời của hai yếu tố: yếu tố làm tăng áp suất do nhiên liệu tiếp tục cháy và yếu tố làm giảm áp xuất do thể tích của không gian công tác tăng dần Giai đoạn cháy có điều khiển dài hay ngắn phụ thuộc chủ yếu vào quy luật tạo hổn hợp cháy và tốc độ của động cơ Ở động cơ thấp tốc, người ta thường kéo dài quá trình phun nhiên liệu để có thể bảo đảm lượng phun nhiên liệu vào buồng đốt ở giai đoạn chậm cháy là ít Do đó động cơ làm việc “mềm” hơn Một phần lớn nhiên liệu được tập trung cháy trong giai đoạn cháy có điều khiển do đó áp suất cực đại được duy trì trong thời gian dài hơn Ngược lại đồi với động cơ cao tốc thì quá trình phun phải ngắn, nhằm đảm bảo cho nhiên liệu cháy gần điểm chết trên Nên phần lớn nhiên liệu chu trình được phun vào trong giai đoạn chậm cháy và cháy ở giai đoạn cháy

tự do

4) Giai đoạn cháy rớt

Giai đoạn cháy rớt là giai đoạn mà quá trính cháy vẫn diễn ra trong kỳ xả của động

cơ Giai đoạn này là giai đoan không có lợi cho động cơ ta cần giảm tối thiểu thời gian cho giai đoạn này Bởi giai đoạn này mà kéo dài thi sẽ gây tổn thất nhiệt lớn cho động cơ, nhiệt độ nước làm mát và làm ảnh hưởng xấu đến quá trình làm việc của động cơ ở giai đoạn sau Nguyên nhân chính làm tăng quá trình cháy rớt là do động cơ có góc phun sớm nhỏ Cấu trúc tia nhiên liệu không phu hợp, chuyển động rối của các môi chất công tác trong buồng đốt không đủ lớn, nhiên liệu có hệ số cetane không đạt yêu cầu

2.1.2.2 GÓC PHUN SỚM

Góc phun sớm là góc ứng với góc quay trục khủyu mà tại đó nhiên liệu bắt đầu phun vào buồng đốt của động cơ Sự thay đổi góc phun sớm lớn hay nhỏ cũng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cháy của động cơ Nếu ta điều chỉnh góc phun sớm quá lớn sẽ làm cho lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt lớn trong khi nhiệt độ và áp suất không khí nén trong buồng đốt còn thấp do vậy mà quá trình hòa trộn giữa không khí và nhiên liệu kéo, quá trình phát hỏa diễn ra chậm Do đó khi bắt đầu phát hỏa thì phần lớn lượng nhiên liệu chu trình đã hòa trộn với không khí, nên khi bắt đầu cháy hổn hợp sẽ cháy mãnh liệc với

lượng không khí lớn trong khi khoảng không gian công tác lại nhỏ, nên áp suất cháy cực đại (PZ) và tốc độ tăng áp suất (wp) tăng cao, động cơ làm việc “cứng“, cơ cấu xilanh, piston, trục khuỷu làm việc chịu tải nặng Nếu ta tăng góc phu sớm quá lơn sẽ xãy ra hiện tượng cháy trước khi Piston đi lên điểm chết trên gây nên rung động mạnh cho động cơ làm cong hoặc gãy thanh truyền, trục khuỷu Ngược lại nến góc phun sớm nhỏ thì lượng nhiên liệu vào trong gia đoạn cháy chậm ít và chủ yếu phun vào giai đoạn cháy không

điều khiển do đó mà lượng nhiên liệu hòa trộn không tốt trong giai đoạn chay sinh công, làm tăng lượng nhiên liệu trong quá trính cháy rớt làm ảnh hưởng

không tốt đến quá trình làm việc của động cơ như tăng tổn thất nhiệt, áp suất cháy cực đại giảm, tổn thất nhiệt làm mát tăng cao, nhiệt độ khí xả lớn và hiện tượng nhả khói đen tăng cao gây ảnh hưởng xấu đến động cơ

j [0gqtk]

H 2–4 •nh h••ng c•a góc phun s•m ••n m•t s• thông s• công tác c•a ••ng c•

H 2–5 Quan hệ giữa góc phun sớm tối ưu (jopt) với công suất (Ne), lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ (Ge), suất tiêu thụ

jfs

jfs

2.1.2.3 ĐỘ ĐỊNH THỜI KHÔNG ĐỀU (Dq fs )

Độ định thời không đều (Dqfs) là đại lượng đánh giá sự chênh lệch góc phun sớm giữa các xylanh trong động cơ nhiều xylanh, từ đó nó nói lên tình trạng làm việc không

ổn định của động cơ trong quá trình cháy, cũng như trong các quá trình khác Độ định thời không đều càng lớn thì quá trình cháy của các xylanh càng diễn ra không đều làm cho động cơ làm việc hiệu quả thấp và tổn thất lớn Chính vì vậy mà độ chênh lệch không đều giữa các xilanh cần được điều khiển sao cho đạt giá trị thấp nhất càng tiến tới không càng tốt

Dqfs: Độ định thời không đều giữa các xilanh

Dqmax: Độ định thời không đều lớn nhất của một số xilanh

Dqmin: độ định thời không đều nhỏ nhất của một số xilanh

Cụ thể là khi Dqfs càng lớn thì độ chênh lệch góc phun sớm giữa các xylanh trong động cơ càng lớn do đó mà quá trình cháy sẽ diễn ra không đều giữa các xylanh tăng làm cho động cơ không đạt được công suất thiết kế (Nen), suất tiêu hao nhiên liệu tăng, động

cơ làm việc rung động mạnh, phụ tải cơ và nhiệt không đều giữa các xilanh

Tóm lại góc phu sớm và độ định thời không đều giữa các xilanh là hai yếu tố vô cùng quan trọng đối với chất lượng định thời nhiên liệu, sự thay đổi của các yếu tố này sẽ làm thay đổi thời điểm phun nhiên liệu động cơ do đó quá trình cháy trong động cơ sẽ không diễn ra diễn ra theo một trật tự nhất định gây nên các ảnh hưởng xấu đối với quá trình làm việc của động cơ Cho nên trong quá trình làm việc ta phải thường xuyên qua tâm điều chỉnh các yêu tố cho phù hợp với yêu cầu

1002

min max

min max

q q

q q q

+

-=

2.1.3 QUY LUẬT PHUN NHIÊN LIỆU VÀ CẤU TRÚC TIA NHIÊN LIỆU

2.1.3.1 QUY LUẬT PHUN NHIÊN LIỆU Như ta đã biết để có thể tạo được hổn hợp cháy đồng nhất trong động cơ diesel là một vấn đề rất khó khăn bởi nhiên liệu dùng cho động cơ Diesel là loại dầu nặng chưng cất lần thứ nhất của dầu thô, cho nên nó có độ nhớt cao, khó bốc hơi, khả năng hòa trộn với không khí thấp Do vậy để hòa trộn tốt với không khí ta cần tạo ra một áp suất lớn đối với nhiên liệu, ngoài ra không khí phải được nén với áp suất, nhiệt độ cao để khi nhiên liệu vào sẽ được sấy nóng và hóa hơi, hòa trộn đều với không khí, quá trình này chỉ diễn

ra trong một khoảng thời gian rất ngắn ở cuối quá trình nén và trong quá trình cháy với tồng thời gian khoảng (0.04 – 0.001 giây) Do đó động cơ diesel đòi hỏi HTPLN phải có một quy luật phun hợp lý với áp suất, cấu trúc tia nhiên liệu và khả năng phân bố hợp lý lượng nhiên liệu đi vào buồng đốt trong quá trình cháy

Trong quá trình phun nhiên liệu vào buồng đốt HTPNL cần phải tạo ra được áp suất phun lớn (100¸1500 bar) trước khi phun vào buồng đốt, để nhiên liệu đi vào buồng đốt có thể thắng được áp suất và nhiệt độ không khí trong quá trình nén, có khả năng xuyên sâu mọi nơi trong buồng đốt và tạo được chuyển động rối giữa không khí và nhiên liệu, làm cho nhiên liệu có dạng sương và hòa trộn tốt với không khí Ngoài ra trong quá trình phun HTPNL còn phải bảo đảm phân bố lượng nhiên liệu đi vào trong buồng đốt với tốc độ và lưu lượng thích hợp cho từng giai đoạn của quá trình cháy bởi sự thay đổi các yếu tố trong quá trình phun sẽ làm thay đổi hoàn toàn quá trình cháy của động cơ