Khảo sát thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ 1kd ftv (3 0 d 4d) trên xe toyota hilux

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 và giảm dao động - Nhiên liệu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

KHẢO SÁT THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ

1KD – FTV ( 3.0 – 4D) TRÊN XE TOYOTA HILUX

Sinh viên thực hiện: TẠ ĐÌNH TUẤN

Đà Nẵng – Năm 2019

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: TẠ ĐÌNH TUẤN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: TẠ ĐÌNH TUẤN

3 Tên đề tài: Khảo sát thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D- 4D) trên xe Toyota Hilux

4 Người phản biện: ……….………… Học hàm/ học vị: …………

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

tối đa

Điểm trừ còn lại Điểm

1 Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải

1a - Hiểu và vận dụng được kiến thức Toán và khoa học tự nhiên trong vấn đề nghiên cứu 15

1b - Hiểu và vận dụng được kiến thức cơ sở và chuyên ngành trong vấn đề nghiên cứu 25

1c - Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm mô phỏng, tính toán trong vấn đề nghiên cứu 10

1d - Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài ứng dụng trong vấn đề nghiên cứu 10

1e - Có kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giải quyết vấn đề 10

1f - Đề tài có giá trị khoa học, công nghệ; có thể ứng dụng thực tiễn: 10

2a - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích 15

2b - Thuyết minh đồ án không có lỗi chính tả, in ấn, định dạng 5

3 Tổng điểm đánh giá: theo thang 100

Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)

- Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:

Hệ thống này có tính kinh tế, kĩ thuật tốt hơn so với hệ thống nhiên liệu cổ điển, đồng thời

nó được tạo ra nhằm hạn chế lượng phát thải ô nhiễm do động cơ sử dụng diesel tạo ra

Đề tài “Khảo sát thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) trên xe Toyota Hilux” nhằm khảo sát các bộ phận cũng như toàn hệ thống Common Rail động cơ và thiết kế một vài chi tiết chính của động cơ

Để thực hiện đề tài, đồ án có cấu trúc các phần như sau:

- Tổng quan về hệ thống nhiên liệu Diesel

- Giới thiệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D)

- Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D)

- Tìm hiểu các hư hỏng, cách khắc phục

- Kết luận đề tài

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: TẠ ĐÌNH TUẤN Số thẻ sinh viên: 10315073

Lớp:15C4B Khoa:Cơ khí Giao thông Ngành: Kỹ thuật Cơ khí

1 Tên đề tài đồ án: Khảo sát thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 1KD-FTV

(3.0 D-4D) trên xe Toyota Hilux

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Dựa trên cơ sở động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D)

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Chương 1: Tổng quan về hệ thống nhiên liệu Diesel

- Chương 2: Giới thiệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D)

- Chương 3: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D)

- Chương 4: Tìm hiểu các hư hỏng, cách khắc phục

- Kết luận

5 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

- Bản vẽ 1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel (1A3)

- Bản vẽ 2: Bơm cao áp sử dụng trong hệ thống nhiên liệu diesel (1A3)

- Bản vẽ 3: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 1KD-FTV (3.0-D4D) (1A3)

- Bản vẽ 4: Ống phân phối, van giới hạn áp suất và cảm biến áp suất nhiên liệu (1A3)

- Bản vẽ 5: Bầu lọc nhên liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) (1A3)

- Bản vẽ 6: Kết cấu bơm cao áp HP3 (1A3)

- Bản vẽ 7: Sơ đồ hoạt động của bơm piston trong bơm cao áp HP3 (1A3)

- Bản vẽ 8: Kết cấu kim phun nhiên liệu động cơ 1KD-FTV (3.0-D4D)

6 Họ tên người hướng dẫn: GS TRẦN VĂN NAM

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 03/09./2019

8 Ngày hoàn thành đồ án: 12/12/2019

Đà Nẵng, ngày tháng 12 năm 2019

Trưởng bộ môn ô tô và máy động lực Người hướng dẫn

Nhu cầu đi lại, vận chuyển hàng hóa, con người luôn là nhu cầu thiết yếu từ trước đến nay Đặc biệt với sự phát triển mọi mặt về đời sống xã hội, hạ tầng cơ sở, công nghệ -

kĩ thuật, kinh tế thì việc sử dụng ô tô trong việc đi lại và vận chuyển hàng hóa gần như là phổ biến nhất Với việc lượng ô tô được sử dụng như hiện tại, nó đã nảy sinh ra nhiều vấn

đề như việc ô nhiễm môi trường, cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch Do đó, tiêu chuẩn môi trường được xem như là tiêu chuẩn hàng đầu Trong bối cảnh đó khí thải động cơ Diesel là một trong những thủ phạm gây nên ô nhiễm môi trường Trải qua các thời kỳ hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng được cải tiến, với các giải pháp kỹ thuật tối ưu làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu Các nhà sản xuất động cơ Diesel

đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau nhằm giới hạn các chất ô nhiễm Vì vậy, hệ thống cung cấp nhiên liệu Common-Rail được đưa ra như một trong các biện pháp nhằm giải quyết vấn

đề trên

Vì vậy là một sinh viên ngành ô tô em quyết định chon đề tài “Khảo sát thiết kế hệ

thống cung cấp nhiên liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) trên xe Toyota Hilux” làm đề

tài tốt nghiệp chuyên ngành của mình

Do kiến thức bản thân còn hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều và thời gian có hạn nên

đồ án này của em không tránh những thiếu sót, kính mong thầy giáo hướng dẫn và các thầy

cô trong khoa chỉ bảo thêm để đồ án được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy GS.TS Trần Văn Nam và các thầy trong khoa đã giúp em hoàn thành đồ án này

Đà Nẵng, ngày 15 tháng 12 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Tạ Đình Tuấn

CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là đề tài đồ án tốt nghiệp mới Các số liệu sử dụng phân tích trong

đồ án tốt nghiệp có nguồn gốc rõ ràng, theo đúng những tài liệu tham khảo Các kết quả nghiên cứu trong đề tài do em tự tìm hiểu, tính toán, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam

Trực tiếp thực hiện đầy đủ các nhiệm vụ được giao dưới sự chỉ đạo của giáo viên hướng dẫn

Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong

đồ án đã được thông tin trích dẫn rõ ràng và được phép công bố

Sinh viên thực hiện

Tạ Đình Tuấn

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ vii

DANH SÁCH CỤM TỪ VIẾT TẮT xi

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel 3

1.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel 3

1.1.2 Yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel 4

1.2 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel 4

1.3 Đặc điểm hình thành hòa khí bên trong động cơ diesel 5

1.3.1 Đặc điểm 5

1.3.2 Những đặc trưng của động cơ diesel 6

1.3.3 Phân loại hình thành hòa khí trong động cơ diesel 6

1.4 Đặc điểm kết cấu các bộ phận chính của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel 7 1.4.1 Bơm cao áp 7

1.4.2 Vòi phun 9

1.5 Giới thiệu hệ thống cung cấp nhiên liệu Common-Rail trên động cơ diesel 11

1.5.1 Nhiệm vụ 11

1.5.2 Yêu cầu 12

1.5.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 12

Chương 2: GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ 1KD-FTV (3.0 D-4D 14

MỤC LỤC

2.1 Khái quát chung 14

2.2 Các cơ cấu chính của động cơ 15

2.2.1 Thân máy 15

2.2.2 Nắp máy 16

2.2.3 Piston 17

2.2.4 Thanh truyền và bạc lót thanh truyền 18

2.2.5 Trục khuỷu và bạc truc khuỷu 19

2.2.6 Trục cân bằng 20

2.2.7 Cơ cấu phối khí 20

2.2.8 Hệ thống bôi trơn 23

2.2.9 Hệ thống làm mát 24

2.2.10 Hệ thống nạp và xả 25

2.3 Tính toán nhiệt động cơ 29

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU 45

ĐỘNG CƠ 1KD-FTV (3.0 D-4D) 45

3.1 Xác định các thông số cơ bản của bơm cao áp và vòi phun 45

3.1.1 Thông số cơ bản của bơ cao áp 45

3.2 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu Common-Rail động cơ Diesel 1KD-FTV.48 3.3 Đặc tính và chức năng của hệ thống 49

3.4 Ưu điểm của hệ thống nhiên liệu Common-Rail động cơ 1KD-FTV 49

3.5 Kết cấu của hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail động cơ 1KD-FTV 50

3.5.1 Vùng áp suất thấp 50

3.5.2 Vùng áp suất cao 53

3.6 Các cảm biến và hệ thống điều khiển của hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ 1KD-FTV 67

3.6.1 Cảm biến vị trí trục cam (G) và cảm biến vị trí trục khuỷu (NE) 67

3.6.2 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 69

3.6.3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 71

MỤC LỤC

3.6.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 71

3.6.5 Cảm biến áp suất khí nạp 72

3.6.6 Bộ điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit) 74

3.6.7 Thiết bị dẫn động điện tử EDU (Electronic Driving Unit) 78

3.7 Quá trình điều khiển phun nhiên liệu 79

3.7.1 Điều khiển lượng phun nhiên liệu 79

3.7.2 Điều khiển thời điểm phun nhiên liệu 82

3.7.3 Điều khiển tốc độ phun nhiên liệu 83

3.7.4 Điều khiển áp suất phun nhiên liệu 83

CHƯƠNG 4: TÌM HIỂU CÁC HƯ HỎNG, CÁCH KHẮC PHỤC 85

4.1 Những hư hỏng thường gặp ở hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ 1KD- FTV 85 4.1.1 Hư hỏng ở bơm cao áp 85

4.1.2 Các hư hỏng của vòi phun 85

4.1.3 Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu 86

4.1.4 Các hư hỏng của đường ống dẫn nhiên liệu 86

4.1.5 Hư hỏng hệ thống điện tử và các cảm biến 86

4.2 Khắc phục các hư hỏng của hệ thống 86

4.2.1 Bơm cao áp 86

4.2.2 Ống phân phối 86

4.2.3 Vòi phun 86

4.3 Phương pháp chẩn đoán 86

4.3.1 Động cơ không tải, không êm, bị rung động 86

4.3.2 Động cơ có tiếng gõ, kêu lạch cạch 87

KẾT LUẬN 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 1.1 – Bảng so sánh hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel dùng bơm cao áp thẳng hàng

và hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel Common Rail

Bảng 2.1- Bảng thông số kỉ thuật động cơ

Bảng 2.2- Bảng thông số chọn tính toán nhiệt

Bảng 2.3- Bảng xây dựng đường nén và đường giản nở

Bảng 2.4- Bảng giá trị biểu diễn đường nén và giãn nở

Bảng 4.1- Bảng chẩn đoán động cơ không tải, không êm, bị rung động

Bảng 4.2- Bảng chẩn đoán động cơ có tiếng gõ, kêu lạch cạch

Bảng 4.3- Bảng chẩn đoán động cơ bị yếu, bị ì

Hình 1.1- Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

Hình 1.2- Cấu tạo bơm cao áp thẳng hàng

Hình 1.3- Bơm cao áp phân phối

Hình 1.4- Cấu tạo vòi phun

Hình 1.5- Hệ thống nhiên liệu Diesel Common-Rail

Hình 2.16- Sơ đồ đường dầu bôi trơn

Hình 2.17- Vòi phun dầu

Hình 2.24- Van EGR động cơ 1KD-FTV

Hình 2.25- Tua bin tăng áp động cơ 1KD-FTV

Hình 3.1- Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common-Rail động cơ 1KD-FTV Hình 3.2- Bầu lọc nhiên liệu

Bảng 3.3- Sơ đồ mạch cảnh báo bầu lọc nhiên liệu

Hình 3.4- Bơm cao áp HP3

Hình 3.5- Cấu tạo bơm cao áp HP3

Hình 3.6- Sơ đồ hoạt động của bơm cao áp HP3

Hình 3.7- Cấu tạo bơm cao áp HP3 ( mặt cắt thể hiện bơm piston)

Hình 3.8- Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm piston

Hình 3.9- Cấu tạo bơm cao áp HP3 (mặt cắt thể hiện bơm nạp)

Hình 3.10- Sơ đồ điều khiển van SCV của ECU

Hình 3.11- Cấu tạo van SCV

Hình 3.12- Sơ đồ hoạt động của bơm khi van SCV mở nhỏ

Hình 3.13- Sơ đồ hoạt động của bơm khi van SCV mở lớn

Hình 3.14- Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

Hình 3.15- Cấu tạo ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao

Hình 3.16- Cấu tạo van giới hạn áp suất

Hình 3.17- Cảm biến áp suất trên ống rail

Hình 3.18- Sơ đồ mạch cảm biến và Đặc tính áp suất theo điện áp

Hình 3.19- Mã QR và ID trên vòi phun

Hình 3.20- Cấu tạo vòi phun

Hình 3.21- Bộ phận làm mát nhiên liệu hồi

Hình 3.22- Sơ đồ mạch thu nhận tín hiệu NE và G

Hình 3.28- Biểu đồ đặc tính đầu ra tuyến tính

Hình 3.29- Cảm biến nhiệt độ khí nạp và Đường đặc tính nhiệt độ-điện trở Hình 3.30- Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hình 3.31- Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hình 3.32- Cảm biến áp suất khí nạp

Hình 3.33- Sơ đồ hoạt động cảm biến áp suất khí nạp với van VSV

Hình 3.34- Đặc tính áp suất – điện áp đầu ra PIM

Hình 3.35- Sơ đồ điều khiển hệ thống nhiên liệu động cơ

Hình 3.36- Sơ đồ khối các hệ thống trong ECU với bộ vi xử lý

Hình 3.37- Sơ đồ khối cấu trúc CPU

Hình 3.38- Mạch điện của bộ chuyển đổi A/D

Hình 3.39- Mạch điện bộ đếm

Hình 3.40- Mạch điện bộ nhớ trung gian

Hình 3.41- Mạch điện bộ khuếch đại

Hình 3.42- Sơ đồ bộ ổn áp

Hình 3.43- Mạch giao tiếp ngõ ra

Hình 3.44- Mạch điều khiển phun nhiên liệu

Hình 3.45- Phương pháp tính toán lượng phun

Hình 3.46- Ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến lượng phun khởi động Hình 3.47- Sơ đồ điều chỉnh tốc độ không tải

Hình 3.48- Điều khiển giảm rung khi chạy không tải

Hình 3.49- Điều khiển thời gian phun nhiên liệu

Hình 3.50- Đường đặc tính thời gian phun nhiên liệu

Hình 3.51- Biễu diễn tốc độ phun nhiên liệu

Hình 3.52- Đường đặc tính áp suất phun nhiên liệu

DANH SÁCH CỤM TỪ VIẾT TẮT

TWV: Two Way Valve (Van hai chiều)

SCV: Suction Control Valve (Van điều khiển hút)

ECU: Electronic Control Unit (Hệ thống điều khiển điển tử) EDU: Electronic Driving Unit (Hệ thống dẫn động điện tử) EGR: Exhaust Gas Recirculation (Tuần hoàn khí thải)

MỞ ĐẦU

Mục đích thực hiện đề tài: Vấn đề về ô nhiễm môi do các phương tiện giao thông gây ra đang được quan tâm Các nhà quản lý đang ngày càng đặt ra các yêu cầu về tiêu chuẩn khí thải cao hơn Vì vậy việc cải thiện được khả năng giảm thiểu ô nhiễm môi trường cũng như tăng hiệu quả kinh tế trên xe ô tô đang được chú trọng, nhất là đối với

xe sử dụng động cơ diesel Vì vậy đề tài “Khảo sát tính toán hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) trên xe Toyota Hilux” sẽ giúp hiểu hơn về hệ thống Common Rail của động cơ, trên cơ sở đó có thể đưa ra các giải pháp, biện pháp tốt hơn lên hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ nhằm giảm thiểu lượng khí thải cũng như tăng chỉ tiêu kinh tế, kĩ thuật của động cơ

Mục tiêu đề tài: khảo sát thiết kế hệ thống nhiên liệu Common Rail

Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: Động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) trên xe Toyota Hilux

- Phạm vi nghiên cứu: Tập trung vào kết cấu và nguyên lý làm việc của cơ cấu của

hệ thống Common Rail động cơ

Phương pháp nghiên cứu: vận dụng kiến thức chuyên nghành và tìm hiểu học hỏi các nguồn tài liệu khác

Để thực hiện đề tài, đồ án có cấu trúc các phần như sau:

- Tổng quan về hệ thống nhiên liệu Diesel

- Giới thiệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D)

- Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D)

- Tìm hiểu các hư hỏng, cách khắc phục

- Kết luận đề tài

Khảo sát thiết kế hệ thống cung cấp nhiệu liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) trên xe Toyota Hilux

Chương 1: TỔNG QUAN

Ra đời sớm nhưng động cơ Diesel không phát triển như động cơ xăng do gây ra nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn Tuy nhiên cùng với sự phát triển khoa học công nghệ, các vấn đề này được giải quyết và động cơ Diesel ngày càng trở nên phổ biến và hữu dụng hơn Động cơ Diesel được Rudolf Diesel phát minh vào năm 1892 hoạt động theo nguyên

lý tự cháy Ở gần cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ để hình thành hòa khí rồi tự bốc cháy Đến năm 1927, Robert Bosch mới phát triển bơm cao áp (bơm phun Bosch lắp cho động cơ Diesel trên ô tô thường mại và ô tô khách vào năm 1936)

Khí thải động cơ Diesel là một trong những thủ phạm gây ô nhiễm môi trường Động

cơ Diesel với tính hiệu quả kinh tế hơn là động cơ xăng, tuy nhiên vấn đề và tiếng ồn và khí thải vẫn là những hạn chế khi sử dụng động cơ Diesel Do đó, hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng được cải tiến với các giải pháp kĩ thuật tối ưu nhằm làm giảm mức

độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu Các nhà sản xuất động cơ Diesel đã đề

ra nhiều giải pháp khác nhau về kĩ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm hạn chế các chất ô nhiễm Các biện pháp chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề:

- Tăng tốc độ phun để giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc độ 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 hướng kết thúc nhanh quá trình phun

- 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 điều khiển điện tử như:

- Bơm cao áp điều khiển điện tử

- Vòi phun điện tử

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

Năm 1986 Bosch đã đưa ra thị trường việc điều khiển điện tử cho hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel được gọi là hệ thống nhiên liệu Common Rail

Cho đến nay hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail đã được hoàn thiện Trong động cơ Diesel hiện đại, áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi phun một cách riêng

rẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong 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 và giảm dao động

- Nhiên liệu được phun với áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử Thời gian phun rất ngắn và tốc độ phun nhanh Có thể thay đổi áp suất phun và thời điểm phun theo chế độ làm việc của động cơ

- Tiết kiệm nhiên liệu

- Giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Bảng 1.1 – Bảng so sánh hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel dùng bơm cao áp thẳng

hàng và hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel Common Rail

Hệ thống

Bơm VE, thẳng hàng Common Rail System

Kiểm soát lượng phun Bơm (Điều tốc) ECU động cơ, Vòi phun (TWV) Kiểm soát thời gian phun Bơm (Cảm biến thời gian) ECU động cơ, Vòi phun (TWV) Tăng áp suất Bơm ECU động cơ, Bơm cao áp

Bộ phân phối Bơm ECU động cơ, Ống Rail Kiểm soát áp suất phun Phụ thuộc tốc độ và lượng phun ECU động cơ, Bơm cao áp (SCV)

1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel

1.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel

Dự trữ nhiên liệu đảm bảo cho động cơ làm việc liên tục trong một khoảng thời gian nhất định, không cần cấp thêm nhiên liệu; lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu; giúp nhiên liệu chuyển động thông thoáng trong hệ thống

Khảo sát thiết kế hệ thống cung cấp nhiệu liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) trên xe Toyota Hilux

Cung cấp nhiên liệu cho động cơ đảm bảo tốt các yêu cầu sau:

- Lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với chế độ làm việc của động cơ

- Phun nhiên liệu vào đúng thời điểm, đúng quy luật mong muốn

- Lưu lượng nhiên liệu vào xi lanh phải đồng đều

- Phai phun nhiên liệu vào xi lanh qua lỗ phun nhỏ với chênh áp lớn phía trước và sau lỗ phun, để nhiên liệu được xé tơi tốt

Các tia nhiên liệu phun vào xi lanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa số lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạng buồng cháy

và với cường độ và phương hướng chuyển động của môi chất trong buồng cháy để hòa khí được hình thành nhanh và đều

1.1.2 Yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel

Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao

- Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa

- Dễ chế tạo, giá thành hạ

1.2 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel

Trên hình 1.1 là sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel Bơm chuyển nhiên liệu 4 hút nhiên liệu từ thùng nhiên liệu 1 qua bình lọc thô 3 vào bơm rồi cung cấp nhiên liệu qua bình lọc tinh 11, tới bơm cao áp 5 Lúc này, bơm cao áp 5 đẩy nhiên liệu đi tiếp vào đường cao áp 6, tới vòi phun 7 để phun vào buồng cháy động cơ Nhiên liệu dư thừa trong bơm cao áp qua đường dầu hồi về thùng chứa và tới cửa hút của bơm chuyển nhiên liệu Một phần nhiên liệu rò rỉ trong vòi phun 7 (khoảng 0,02% nhiên liệu phun vào xi lanh) đi theo đường dầu hồi trở về thùng nhiên liệu

Không khí từ ngoài trời vào qua bình lọc rồi vào ống nạp, đi qua xupap nạp đi vào động cơ, hòa trộn với nhiên liệu được bơm qua vòi phun tạo thành hòa khí cháy Trong quá trình nén, các xupap hút và xả đều đóng kín, khi piston đi lên thì không khí trong xi lanh bị nén Piston càng tới sát điểm chết trên, không khí bên trên piston bị chèn chui vào phần khoét lõm ở đỉnh piston, tạo ra ở đây dòng khí xoáy lốc hướng kính ngày càng mạnh Cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào dòng xoáy lốc này, được xé nhỏ, sấy nóng, bay hơi và hòa trộn đều với không khí tạo ra hòa khí rồi bốc cháy

Hình 1.1 – Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

1- Thùng nhiên liệu; 2,12- Ống nhiên liệu thấp áp; 3- Bình lọc thô; 4- Bơm

chuyển; 5- Bơm cao áp; 6- Đường dầu cao áp; 7- Vòi phun ; 8,10- Đường dầu hồi; 9- Đường dầu vào bơm cao áp; 11- Bầu lọc tinh;

1.3 Đặc điểm hình thành hòa khí bên trong động cơ diesel

- Quá trình hình thành hòa khí và quá trình bốc cháy nhiên liệu của động cơ diesel chồng chéo lên nhau Sau khi phun nhiên liệu, trong buồng cháy diễn ra một loạt thay đổi về lý hóa của nhiên liệu, sau đó phần nhiên liệu phun và trước đã tạo ra hòa khí, tự bốc cháy, trong khi nhiên liệu vẫn được phun tiếp, cung cấp cho xi lanh của động cơ Như vậy, sau khi đã cháy một phần, hòa khí vẫn tiếp tục được hình thành, và thành phần hòa khí thay đổi liên tục trong không gian và suốt thời gian của quá trình

Khảo sát thiết kế hệ thống cung cấp nhiệu liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) trên xe Toyota Hilux

1.3.2 Những đặc trưng của động cơ diesel

Do thời gian hình thành hòa khí bên trong ngắn, làm cho chất lượng hòa trộn rất khó đạt được mức độ đồng đều, vì vậy động cơ có những đặc trưng sau:

- Trong quá nén, bên trong xi lanh chỉ là không khí, do đó có thể tăng tỉ số nén ε, qua đó làm tăng hiệu suất động cơ, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi làm tăng nhiệt độ môi chất giúp hòa khí dễ tự bốc cháy

- Đường nạp chỉ có không khí nên không cần để ý đến vấn đề sấy nóng, bay hơi của nhiên liệu trên đường nạp như động cơ xăng Có thể dùng đường nạp có kích thước lớn, ít gây cản và không cần sấy nóng với cấu tạo đơn giản

- Có thể dùng hòa khí rất nhạt trong buồng cháy (do tính hòa trộn không đều của hòa khí) nên có thể sử dụng cách điều chỉnh chất (tức cỉ điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho chu trình mà không điều chỉnh lưu lượng không khí) khi cần thay đổi tải của động

cơ

- Động cơ diesel có một mặt bất lợi (do tính chất hòa trộn không đều tạo ra) là: bị hạn chế về khả năng giảm α (tức là không thể sử dụng hết không khí thừa trong buồng cháy để đốt thêm nhiên liệu) và khả năng nâng cao tốc độ động cơ (do tốc độ cháy của hòa khí không đều chậm hơn) Những hạn chế trên đã làm cho công suất lít (công suất đơn vị) của động cơ diesel nhỏ hơn so với động cơ xăng

1.3.3 Phân loại hình thành hòa khí trong động cơ diesel

Dựa vào vị trí bay hơi của nhiên liệu chia thành:

- Hình thành hòa khí kiểu không gian: nhiên liệu được phun tơi vào không gian buồng cháy, được sấy nóng, bay hơi và hòa trộn đều với không khí tại đây, tạo thành hòa khí

- Hình thành hòa khí trên bề mặt: nhiên liệu được phun và tráng thành màng trên

bề mặt thành buồng cháy, được sấy nóng, bay hơi tại đây để hòa trộn với không khí

- Hình thành hòa khí kiểu hỗn hợp: theo yêu cầu của các chế độ vận hành khác nhau, một phần nhiên liệu được hình thành hòa khí theo kiểu không gian, còn một phần hình thành trên bề mặt buồng cháy

Dựa vào nhân tố điều khiển, sự hình thành hòa khí chia thành:

- Phun trực tiếp, hình thành hòa khí chủ yếu dựa vào sự phối hợp giữa chất lượng phun sương của nhiên liệu với hình dạng buồng cháy, tác dụng phụ là vận động xoáy lốc của dòng khí nạp và dòng khí chèn cuối quá trình nén

- Kiểu xoáy lốc, hình thành hòa khí chủ yếu dựa vào sự phối hợp giữa chuyển động xoáy lốc của dòng môi chất đi vào buồng cháy phụ và tia nhiên liệu trong buồng cháy,

ngoài ra còn dựa vào cường độ dòng môi chất từ buồng cháy phụ phun ra sau khi bốc cháy kết hợp vơi hình dạng buồng cháy chính

- Kiểu dự bị, hình thành hòa khí chủ yếu dựa vào áp suất cao của môi chất trong buồng cháy dự bị, sau khi một phần nhiên liệu đã được cháy trước ở đây tạo ra để phun vào buồng cháy chính, giúp nhiên liệu chưa cháy kịp và không khí được hòa trộn tốt và cháy kiệt nhanh trong buồng cháy chính

1.4 Đặc điểm kết cấu các bộ phận chính của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel

1.4.1 Bơm cao áp

- Bơm cao áp thẳng hàng:

Hình 1.2 thể hiện cấu tạo của bơm cao áp thẳng hàng

Hình 1.2 – Cấu tạo bơm cao áp thẳng hàng

1- Bu lông xả khí; 2- Vít hãm: 3- Đầu nối ống nhiên liệu đến vòi phun; 4- Đầu nối ống nhiên liệu vào bơm; 5- Khớp nối trục cam; 6- Đĩa chắn dầu; 7- Trục bơm; 1- Ổ bi; 9- Vỏ bộ điều tốc; 10- Lò xo van cao áp; 11- Van cao áp;

12- Đế van cao áp; 13- Piston bơm cao áp; 14- Lò xo bơm cao áp; 15- Con

đội; 16- Con lăn; 17- Cam

Nguyên lý hoạt động: Piston đi xuống nhờ lực đẩy lò xo 14, van cao áp 11 đóng

kín, nhờ độ chân không được tạo ra trong không gian phía trên piston, khi mở các lỗ A,

B nhiên liệu được nạp đầy vào không gian này cho tới khi piston nằm ở vị trí thấp nhất

Piston đi lên nhờ cam 17, lúc đầu nhiên liệu bị đẩy qua các lỗ A, B ra ngoài; khi đỉnh piston che kín hai lỗ A, B thì nhiên liệu ở không gian ở phía trên piston 13 tăng áp suất, đẩy mở van cao áp 11, nhiên liệu đi vào đường cao áp tới vòi phun Quá trình cấp nhiên

Khảo sát thiết kế hệ thống cung cấp nhiệu liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) trên xe Toyota Hilux

liệu được tiếp diễn tới khi rãnh nghiêng trên đầu piston mở lỗ xả B thời điểm kết thúc cấp nhiên liệu, từ lúc ấy nhiên liệu từ không gian phía trên piston qua rãnh dọc thoát qua

lỗ B ra ngoài khiến áp suất trong xilanh giảm đột ngột, van cao áp được đóng lại Loại bơm này được sử dụng rất rộng rãi vì chế tạo đơn giản, sử dụng tin cậy, việc phân phối và điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình cũng rất đơn giản Tuy nhiên có nhược điểm sau: Kích thước và khối lượng lớn, có nhiều cặp chi tiết chính xác, khó chế tạo Trong sử dụng phải thường xuyên kiểm tra độ không đồng đều

về nhiên liệu cung cấp cho chu trình của các tổ bơm

- Bơm cao áp phân phối:

Hình 1.3 thể hiện cấu tạo của bơm cao áp phân phối

Hình 1.3 - Bơm cao áp phân phối

1- Bạc xả; 2- Thiết bị điều chỉnh thời gian phun; 3- Vành cam; 4- Con lăn; 5- Đĩa truyền động; 6- Trục vào; 7- Bánh răng bơm chuyển; 8- Trục bộ điều tốc; 9- Bánh răng bộ điều tốc; 10- Quả văng ; 11- Đòn điều chỉnh; 12- Lò xo điều tốc; 13- Màng chân không; 14- Ống nối đường nạp; 15- Lò xo màng điều chỉnh chân không; 16- Đường ống hồi dầu; 17- Vít điều chỉnh; 18- Đòn áp lực; 19- Van điện

từ ; 20- Piston; 21- Van cao áp; 22- Đầu nối với vòi phun

Nguyên lý hoạt động: Dẫn động xoay piston 20 được trục bơm 6 dẫn động, còn dẫn

động định tiến do vành cam 3 trên trục bơm 6 dẫn động Trên sườn piston có các lỗ thoát

B, khi piston xoay lỗ thoát này sẽ lần lượt ăn thông với các lỗ khoan chéo A trên đầu bơm Trong hành trình công tác nhiên liệu nén và phân phối lần lượt qua các lỗ khoan chéo A, khi đó áp suất nhiên liệu nén đi qua van cao áp 21 rồi đi đến vòi phun nhiên liệu của xylanh tương ứng Trên bơm còn có bơm chuyển nhiên liệu kiểu phiến gạt được nâng lên một áp suất ổn định, quả văng 10 thông qua quan hệ tay đòn, quả văng tác động vào bạc xả 1 qua đó làm thay đổi thời điểm mở lỗ xả và thực hiện việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp theo chế độ làm việc của động cơ

Bơm phân phối khắc phục được nhược điểm của bơm cao áp thẳng hàng, nó chỉ có một cặp pittông và xilanh đảm bảo cung cấp cho tất cả các xilanh của động cơ

Bơm phân phối so với bơm dãy cấu tạo đơn giản, số chi tiết, khối lượng và kích thước bơm nhỏ hơn (khoảng 1/2 bơm cụm), phân phối nhiên liệu cho các xilanh đồng đều, thời điểm bắt đầu cung cấp vào các xilanh chính xác hơn, mức độ mài mòn của bộ đôi piston và xilanh ít gây ảnh hưởng tới độ đồng đều về lượng nhiên liệu cấp vào các xilanh của động cơ Tuy nhiên cặp bộ đôi piston và xilanh của bơm cao áp làm việc nhiều hơn, mòn nhanh nên yêu cầu rất cao về vật liệu và công nghệ chế tạo, cũng như nhiệt luyện

- Vòi phun hở gồm: thân 1, miệng phun 3 và ê cu tròng 2 Do không có van ngăn dòng chảy ngược nên quá trình cấp nhiên liệu dễ bị nhiễu Do dao động áp suất trên đường nhiên liệu cao áp giữa hai lần phun liên tiếp, một phần nhiên liệu có thể bị chèn khỏi vòi phun và nhường cho khí nóng từ xi lanh đi vào; thời gian đầu và cuối mỗi lần phun, áp suất nhiên liệu thường thấp nên khó phun tơi, sau khi phun nhiên liệu thường vẫn tiếp tục rỉ ra gây kết cốc miệng lõ phun Những nhược điểm trên gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng phun tơi nhiên liệu, là giảm công suất và hiệu suất động cơ, tạo nhiều muội than ở miệng lỗ phun và trong buồng cháy

Khảo sát thiết kế hệ thống cung cấp nhiệu liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) trên xe Toyota Hilux

Hình 1.4 – Phân loại vòi phun

a)- Vòi phun hở; b)-Vòi phun kín tiêu chuẩn; c)- Vòi phun kín loại van lỗ phun; d)-

Có chốt trên đầu kim; e)- Phần đầu của vòi phun có chốt trên kim; 1- Thân; 2, 7- Ê

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

19, cốc 12 với vít điều chỉnh 13 và ê cu hãm 14 được vặn chặt ở đầu trên thân của vòi phun Lò xo 11, qua đĩa 10 có đũa 9 ép kim 6 tì lên đế Phí trên cốc 12 có chụp bảo vệ

16, trên đó có lỗ ren 15 nối với đường hồi dầu Vít điều chỉnh 13 và ê cu hãm 14 dùng

để điều chỉnh áp suất nhiên liệu Miệng phun có lưới lọc 17

- Vòi phun kín có chốt trên mũi kim (hình 1.4d): Thân kim phun 21 có một lỗ phun lớn đường kính từ 0,8-2mm Mũi kim có một chốt dài nhô ra ngoài lỗ khoảng 0,4-0,5mm Tia nhiên liệu qua lỗ phun này có dạng côn rỗng, mà đỉnh côn đặt tại miệng ra của lỗ phun Góc côn của tia nhiên liệu phụ thuộc vào góc côn của đầu chốt kim phun và độ nâng của kim Vòi phun kín có chốt trên mũi kim được sử dụng rộng rãi trên động cơ diesel có buồng cháy ngăn cách

- Vòi phun kín dùng van (hình 1.4c): Tương tự như vòi phun kín tiêu chuẩn, có hai mặt tiết lưu: một mặt không đổi tiết diện tại lỗ phun và một mặt thay đổi tiết diện tại đế van Điểm khác cơ bản so với vòi phun kín tiêu chuẩn là van mở cùng chiều với dòng nhiên liệu, nhờ đó có thể dùng lò xo yếu; vì áp suất trong môi chất từ phía buồng cháy động cơ có tác dụng ép van tì lên đế van Miệng vòi phun kín dùng van có thể có một hoặc vài ba lỗ phun Đặc điểm của loại này là: kích thước nhỏ, cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo

1.5 Giới thiệu hệ thống cung cấp nhiên liệu Common-Rail trên động cơ diesel

1.5.1 Nhiệm vụ

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu vào trong động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa

số lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạng buồng cháy và với cuờng độ và phương hướng chuyển động của môi chất trong buồng cháy để hoà khí được hình thành nhanh và đều

- Lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với chế độ làm việc của động cơ

- Lưu lượng nhiên liệu vào các xylanh phải đúng thời điểm, đồng đều, đúng quy luật mong muốn

- Phải phun nhiên liệu vào xylanh qua lỗ phun nhỏ với chênh áp lớn phía trước và sao lỗ phun , để nhiên liệu được xé tơi tốt

- Dự trữ nhiên liệu đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định, không cần cấp thêm nhiêu liệu, lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu, giúp nhiên liệu chuyển động thông thoáng trong hệ thống

- Việc tạo ra áp suất và việc phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau trong hệ thống Common Rail Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ động cơ và lượng nhiên liệu phun ra

- Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong bộ tích áp suất cao và sẵn sàng để phun Lượng nhiên liệu phun ra được quyết định bởi người lái xe, và thời điểm phun cũng như

áp lực phun được tính toán bằng ECU và các biểu đồ đã lưu trong bộ nhớ của nó Sau

đó ECU sẽ điều khiển các kim phun phun tại mỗi xy lanh động cơ để phun nhiên liệu

Khảo sát thiết kế hệ thống cung cấp nhiệu liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) trên xe Toyota Hilux

1.5.2 Yêu cầu

- Tăng tốc độ phun để làm 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 hành trình

- Tiêu hao nhiên liệu thấp Khí thải ra môi trường sạch hơn

- Đông cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn Cải thiện được tính năng của động

cơ

- Thiết kế phù hợp để thay thế cho các động cơ diesel củ đang sử dụng Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao

- Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng và sửa chữa bảo dưỡng

- So với động cơ xăng, động cơ diesel đốt cháy nhiên liệu khó bay hơi hơn (nhiệt

độ sôi cao hơn) nên việc hòa trộn hỗn hợp không khí chỉ diễn ra trong giai đoạn phun

và bắt đầu cháy, mà còn trong suốt quá trình cháy, kết quả là hỗn hợp kém đồng nhất, động cơ diesel luôn hoạt động ở chế độ nghèo, mức tiêu hao nhiên liệu, muội than, CO,

HC sẽ tăng nếu không đốt cháy ở chế độ nghèo hợp lý

- Tỷ lệ hòa khí được quyết định dựa vào các thông số: Áp suất phun, thời gian phun, kết cấu lỗ phun, thời điểm phun, vận tốc dòng khí nạp, khối lượng không khí nạp Tất cả các đại lượng nêu trên đều ảnh hưởng đến mức độ tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải, nhiệt độ quá trình cháy quá cao và lượng oxy nhiều sẽ làm tăng lượng NOx, muội than sinh ra do hỗn hợp quá nghèo

1.5.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 1.5 mô tả sơ đồ nguyên lý hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail

Nguyên lý hoạt động: Tương tự như hệ thống nhiên liệu diesel thông thường, nhiên

liệu được bơm cung cấp đẩy đi từ thùng chứa nhiên liệu trên đường ống thấp áp qua bầu lọc (2) đến bơm cao áp (3), từ đây nhiên liệu được bơm cao áp nén đẩy vào ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (7) và được đưa đến vòi phun Common Rail (9) sẵn sàng để phun vào xylanh động cơ Việc tạo áp suất và phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau trong hệ thống Common Rail Áp suất phun được tạo ra độcập với tốc độ và lượng nhiên liệu phun ra Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong ống rail Lượng phun ra được quyết định bởi điều khiển bàn đạp ga, thời điểm phun cũng như áp suất phun được tính toán bằng ECU dựa trên các biểu đồ dữ liệu đã lưu trên nó Sau đó ECU và EDU sẽ điều khiển các kim phun của các vòi phun tại mỗi xylanh động cơ để phun nhiên liệu nhờ thông tin từ các cảm biến (10) với áp suất phun có thể lên đến 210 MPa Nhiên liệu thừa

của vòi phun đi qua ống rail về bơm cao áp, van điều khiển áp suất phun tại bơm mở để

nó trở về thùng nhiên liệu (1) Trên ống rail có gắn cảm biến áp suất và đầu cuối có bố trí van an toàn (8), nếu áp suất tích trữ trong ống rail (7) lớn quá giới hạn van an toàn sẽ

mở để nhiên liệu tháo về thùng chứa Với phương pháp này, áp suất lên đến 210 MPacó thể thực hiện ở mọi thời điểm ngay cả động cơ lúc thấp tốc

Hình 1.5 – Hệ thống nhiên liệu Diesel Common-Rail

1- Thùng nhiên liệu; 2- Lọc nhiên liệu; 3- Bơm cao áp; 4- Đường cấp nhiên liệu cao áp; 5- Đường dẫn tín hiệu cảm biến áp suất đến ECU; 6- Cảm biến áp suất; 7- Ống Rail tích trữ và điều áp nhiên liệu; 8- Van an toàn; 9- Vòi phun; 10- ECU (Electronic Control Unit); 11- EDU (Electronic Driver Unit); 12- Các cảm biến nối đến ECU và EDU; 13- Đường nhiên liệu thấp áp

Khảo sát thiết kế hệ thống cung cấp nhiệu liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) trên xe Toyota Hilux

Chương 2: GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ 1KD-FTV (3.0 D-4D

VÀ TÍNH TOÁN NHIỆT

2.1 Khái quát chung

Hình 2.1 – Mặt cắt động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) Động cơ 1KD-FTV của Toyota là loại động cơ diesel tuabin tăng áp TOYOTA 3.0 D-4D, 4 kì 4 xilanh được đặt thẳng hàng và làm việc theo thứ tự nổ 1-3-4-2 Động

cơ công suất lớn 120 kW/3400 v/ph Động cơ được trang bị những công nghệ hiện đại như: hệ thống phun diesel điện tử Common-Rail, Turbo tăng áp kết hợp InterCooler; sử dụng bộ turbo tăng áp loại VNT cho công suất cao, mô men xoắn lớn và khả năng tiết kiệm nhiên liệu vượt trội; hệ thống phối khí của các xupap được dẫn động trực tiếp từ trục cam thông qua con đội thủy lực, việc sử dụng con đội thủy lực và cách bố trí 4 xupap trên một xilanh (2 xupap nạp, 2 xupap thải) tạo được chất lượng nạp và thải (nạp đầy, thải sạch) tăng công suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường…

Bảng 2.1 biểu diễn các thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D):

Bảng 2-1: Bảng thông số kỹ thuật động cơ 1KD-FTV

Hình 2.2 – Thân máy động cơ 1KD-FTV

- Thân máy được đúc bằng thép hợp kim thấp

- Thân máy được thêm gân tăng cứng để giảm rung động cơ

Khảo sát thiết kế hệ thống cung cấp nhiệu liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) trên xe Toyota Hilux

2.2.2 Nắp máy

Hình 2.3 – Nắp máy động cơ

Hình 2.4 – Cấu tạo nắp máy động cơ 1KD-FTV

1- Lỗ kim phun; 2- Đường hồi lưu khí xả EGR; 3- Lỗ bugi sấy; 4- Áo nước

- Nắp máy được làm bằng hợp kim nhôm Kim phun được đặt ở trung tâm của buồng đốt để cải thiện hiệu suất động cơ và phát thải sạch

- Hai cổng nạp với hình dạng khác nhau đã được kết hợp để đẩy mạnh việc hòa trộn nhiên liệu và không khí bằng cách tối ưu hóa xoáy trong xi lanh

- Cấu trúc hai tầng thẳng đứng được sử dụng cho áo nước để cải thiện hiệu suất làm mát

- Một bugi sấy nóng được đặt giữa các cổng nạp của mỗi xi lanh để đảm bảo khả năng khởi động

- Đường tuần hoàn khí thải EGR được đặt trong nắp máy Bằng cách làm mát khí thải, điều này giúp có thể lưu thông lại lượng khí thải lớn

- Các bu lông nắp máy sử dụng bu lông siết chặt

* Vòng đệm nắp máy (gioăng quy lát):

Hình 2.5 – Vòng đệm nắp máy

- Được làm bằng thép cán có khả năng chịu nhiệt

- Được đặt giữa thân và nắp máy nhằm tăng khả năng làm kín

Khảo sát thiết kế hệ thống cung cấp nhiệu liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) trên xe Toyota Hilux

- Piston có rãnh làm mát để làm giảm nhiệt độ piston khi làm việc

- Để tăng khả năng chống mài mòn thì bề mặt của rãnh lắp xéc măng dầu có lắp một vòng dẫn hướng bằng vật liệu SIRM ( Sintered Iron Reiforced Metal: sắt kim loại được gia cố bằng thiêu kết)

- Phần thân piston động cơ 1KD-FTV được phủ một lớp nhựa nhằm giảm tổn thất

do ma sát

2.2.4 Thanh truyền và bạc lót thanh truyền

Hình 2.7 – Thanh truyền và bạc lót thanh truyền

1- Bu lông thanh truyền; 2- Chốt định vị; 3- Gờ định vị bạc lót

- Các thanh truyền được làm bằng vật liệu có độ bền cao đảm bảo khả năng làm việc

- Giữa hai nắp thanh truyền có chốt định vị để tăng tính chính xác khi lắp ráp, và được xiết chặt bằng bu lông

- Bạc lót thanh truyền được làm bằng nhôm và có gờ định vị

2.2.5 Trục khuỷu và bạc truc khuỷu

- Bạc trục khuỷu được làm bằng hợp kim nhôm

- Bề mặt lót của bạc trục khuỷu đã được tạo rãnh siêu nhỏ để tạo ra một khoảng hở dầu tối ưu Do đó, hiệu suất làm mát động cơ đã được cải thiện và độ rung của động cơ

Khảo sát thiết kế hệ thống cung cấp nhiệu liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) trên xe Toyota Hilux

2.2.6 Trục cân bằng

- Đối với động cơ 4 xy lanh thẳng hàng, nguyên nhân chính gây ra rung động là do lực quán tính gây mất cân bằng của các bộ phận đối ứng như piston và thanh truyền Sự rung của động cơ 1KD-FTV đã được giảm bằng cách sử dụng 2 trục cân bằng để hủy

bỏ lực quán tính mất cân bằng, do đó giảm tiếng ồn động cơ

- Các trục cân bằng được điều khiển bởi bánh răng dẫn động, các trục cân bằng quay với tốc độ gấp đôi tốc độ của trục khuỷu và theo hướng ngược lại với nhau

Hình 2.10 – Trục cân bằng động cơ

1- Trục cân bằng 1; 2- Bánh răng dẫn động bơm tiếp vận; 3- Trục cân bằng 2; 4- Bánh răng dẫn động bơm dầu; 5- Bánh răng căn chỉnh trục

khuỷu;

6- Bánh răng trung gian

2.2.7 Cơ cấu phối khí

- Mỗi xi lanh có 2 van nạp và 2 van xả Hiệu suất nạp và xả được tăng lên nhờ tổng tiết diện lưu thông lớn hơn

- Các van được mở và đóng trực tiếp bằng 2 trục cam

- Trục cam nạp được điều khiển bởi một dây đai, trong khi trục cam xả được điều khiển thông qua bánh răng trên trục cam nạp

- Bánh răng có đường kính nhỏ và răng thẳng được sử dụng để dẫn động trục cam

xả để giảm tiếng ồn cho bánh răng

Hình 2.11 – Cơ cấu phối khí động cơ

1- Dây đai dẫn động trục cam; 2- Bánh răng trục cam; 3- Trục cam thải;

4- Trục cam nạp

• Trục cam:

Hình 2.12 – Trục cam động cơ

- Bề mặt vấu cam đã được xử lý tôi để tăng khả năng chống mài mòn

• Xupap nạp và xupap thải:

- Con đội xupap là loại không dụng căn đệm điều chỉnh

- Việc điều chỉnh khe hở xupap được thực hiện bằng cách chọn và thay thế các con đội thích hợp

Khảo sát thiết kế hệ thống cung cấp nhiệu liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) trên xe Toyota Hilux

Hình 2.13 – Cơ cấu xupap

• Hệ bánh răng dẫn động cơ cấu phối khí:

2.2.8 Hệ thống bôi trơn

Hình 2.15 – Hệ thống bôi trơn

- Mạch bôi trơn được điều áp hoàn toàn và tất cả dầu đi qua bộ làm mát dầu và bộ lọc dầu

- Một bơm dầu Trochoid được dẫn động bởi một bánh răng gắn với trục khuỷu

- Một bộ làm mát dầu động cơ làm mát bằng nước được đặt trong thân máy Một vòi phun dầu giúp bôi trơn piston và làm mát piston được cung cấp

Hình 2.16 – Sơ đồ đường dầu bôi trơn

Khảo sát thiết kế hệ thống cung cấp nhiệu liệu động cơ 1KD-FTV (3.0 D-4D) trên xe Toyota Hilux

• Vòi phun dầu:

- Các vòi phun dầu piston được lắp ở dưới cùng của thân máy để phun dầu vào rãnh làm mát piston, do đó làm mát và bôi trơn thêm cho piston

- Những vòi phun dầu này chứa một van một chiều để ngăn dầu được phun khi áp suất dầu thấp Điều này ngăn chặn áp suất dầu trong động cơ giảm

Hình 2.17 – Vòi phun dầu

1- Vòi phun dầu piston; 2- Rãnh làm mát; 3- Van một chiều

2.2.9 Hệ thống làm mát

Hình 2.18 – Hệ thống làm mát

1- Két làm mát; 2- Bình chứa; 3- Bộ làm mát dầu; 4- Bộ điều chỉnh nhiệt