Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2kd ftv 2 5 d 4d trên xe toyota hiace

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 Kiể

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

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 hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D) trên xe Toyota Hiace” 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:

- Mục đích ý nghĩa đề tài

- Tổng quan về hệ thống nhiên liệu diesel

- Giới thiệu xe Toyota Hiace và động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D)

- Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D)

- Tính toán kiểm nghiệm hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D)

- 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: LÊ MINH DŨNG Số thẻ sinh viên: 103150112

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

1 Tên đề tài đồ án: Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KFTV (2.5

D-4D) trên xe Toyota Hiace

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 2KD-FTV (2.5 D-4D)

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Chương 1: Mục đích ý nghĩa đề tài

- Chương 2: Tổng quan về hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

- Chương 3: Giới thiệu xe Toyota Hiace và động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D)

- Chương 4: Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D)

- Chương 5: Tính toán kiểm nghiệm hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D)

- Chương 6: 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 2KD-FTV (2.5-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 2KD-FTV (2.5 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)

6 Họ tên người hướng dẫn: TS LÊ MINH TIẾN

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 10/02/2020

8 Ngày hoàn thành đồ án: 24/06/2020

Đà Nẵng, ngày tháng 06 năm 2020

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

PGS.TS Dương Việt Dũng TS Lê Minh Tiến

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 hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D) trên xe Toyota Hiace” 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 TS Lê Minh Tiến và các thầy trong khoa

đã giúp em hoàn thành đồ án này

Đà Nẵng, ngày 16 tháng 06 năm 2020

Sinh viên thực hiện

Lê Minh Dũng

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

Lê Minh Dũng

MỤC LỤC

TÓM TẮT……….…… i

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP……… … ii

LỜI NÓI ĐẦU……….……… iv

CAM ĐOAN……….…… v

MỤC LỤC……….…vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ……….…… ix

DANH SÁCH CỤM TỪ VIẾT TẮT……….…xiii

MỞ ĐẦU… ix

Chương 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐÔNG CƠ 2

1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel 4

1.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel 4

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 5

1.3 Đặc điểm hình thành hòa khí bên 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 8

1.5 Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common-Rail trên động cơ diesel 12

Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ XE TOYOTA HIACE VÀ ĐỘNG CƠ 2KD-FTV (2.5 D-4D)……… ……… 16

2.1 Lịch sử phát triển xe Toyota Hiace 16

2.2 Các thông số xe 17

2.3 Các thông số động cơ 2KD-FTV (2.5D-4D) 18

2.4 Các cơ cấu chính của động cơ 20

2.4.1 Thân máy 20

2.4.2 Nắp máy 20

2.5 Tính toán nhiệt động cơ 34

2.5.2 Tính toán các thông số của chu trình 37

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV (2.5D-4D) 52

3.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu Common-Rail động cơ diesel 2KD-FTV 52

3.2 Đặc tính và chức năng của hệ thống 53

3.3 Ưu điểm của hệ thống nhiên liệu Common-Rail động cơ 2KD-FTV 53

3.4 Kết cấu của hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail động cơ 2KD-FTV 54

3.4.1 Vùng áp suất thấp 54

3.4.1.1 Bình chứa nhiên liệu 54

3.4.1.2 Đường nhiên liệu áp suất thấp 55

3.4.1.3 Bình lọc nhiên liệu 55

3.4.2 Vùng áp suất cao 57

3.4.2.1 Bơm cao áp HP3 58

3.4.2.2 Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (ống rail) 67

3.4.2.3 Vòi phun nhiên liệu (loại X2) 70

3.4.2.4 Bộ phận làm mát nhiên liệu hồi 73

3.4.2.5 Đường ống dẫn nhiên liệu áp suất cao 74

3.5 Các cảm biến và hệ thống điều khiển của hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ 2KD-FTV 74

3.5.1 Cảm biến vị trí trục cam (G) và cảm biến vị trí trục khuỷu (NE) 74

3.5.2 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 77

3.5.3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 78

3.5.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 79

3.5.5 Cảm biến áp suất khí nạp 81

3.5.6 Bộ điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit) 82

3.5.6.1 Cấu tạo của bộ điều khiển điện tử ECU 83

3.5.6.2 Cấu trúc bộ điều khiển điện tử ECU 85

3.5.6.3 Mạch giao tiếp vào/ra (I/O) 85

3.5.7 Thiết bị dẫn động điện tử EDU (Electronic Driving Unit) 87

3.6 Quá trình điều khiển phun nhiên liệu 88

3.6.1 Điều khiển lượng phun nhiên liệu 89

3.6.2 Điều khiển thời điểm phun nhiên liệu 92

3.6.3 Điều khiển tốc độ phun nhiên liệu 93

3.6.4 Điều khiển áp suất phun nhiên liệu 94

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV (2.5D-4D) 95

4.1 Xác định các thông số cơ bản của bơm cao áp và vòi phun 95

4.1.1 Thông số cơ bản của bơ cao áp 95

4.1.2 Xác định các thông số cơ bản của vòi phun 97

CHƯƠNG 5: TÌM HIỂU CÁC HƯ HỎNG, CÁCH KHẮC PHỤC VÀ CHẨN ĐOÁN 99

5.1 Những hư hỏng thường gặp ở hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ 2KD -FTV 99

5.1.1 Hư hỏng ở bơm cao áp 99

5.1.2 Các hư hỏng của vòi phun 99

5.1.3 Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu 100

5.1.4 Các hư hỏng của đường ống dẫn nhiên liệu 100

5.1.5 Hư hỏng hệ thống điện tử và các cảm biến 100

5.2 Khắc phục các hư hỏng của hệ thống 100

5.2.1 Bơm cao áp 100

5.2.2 Ống phân phối 100

5.2.3 Vòi phun 100

5.3 Phương pháp chẩn đoán 101

5.3.1 Động cơ không tải, không êm, bị rung động 101

5.3.2 Động cơ có tiếng gõ, kêu lạch cạch 102

5.3.3 Động cơ yếu, bị ì 103

KẾT LUẬN 104

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

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………3

Bảng 2.1- Bảng thông số kỹ thuật Toyota Hiace 2018……….………18

Bảng 2.2- Bảng thông số kỹ thuật động cơ……… …….19

Bảng 2.3- Bảng thông số chọn tính toán nhiệt……… ………37

Bảng 2.4- Bảng xây dựng đường nén và đường giản nở……… … 48

Bảng 2.5- Bảng giá trị biểu diễn đường nén và giãn nở……… ……49

Bảng 5.1- Bảng chẩn đoán động cơ không tải, không êm, bị rung động ………… 101

Bảng 5.2- Bảng chẩn đoán động cơ có tiếng gõ, kêu lạch cạch……… ……102

Bảng 5.3- Bảng chẩn đoán động cơ bị yếu, bị ì……… ………103

Hình 1.1- Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel……… ……5

Hình 1.2- Cấu tạo bơm cao áp thẳng hàng ………8

Hình 1.3- Bơm cao áp phân phối ……….…….…….9

Hình 1.4- Cấu tạo vòi phun……… …….11

Hình 1.5- Hệ thống nhiên liệu Diesel Common-Rail ……….….…….15

Hình 2.1- Xe Toyota Hiace 2018……….……….16

Hình 2.2- Mặt cắt động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D) ……….……… 18

Hình 2.3- Thân máy động cơ 2KD-FTV……… ……….20

Hình 2.4- Nắp máy động cơ……….……….20

Hình 2.5- Cấu tạo nắp máy động cơ 2KD-FTV………21

Hình 2.6- Vòng đệm nắp máy……… ………21

Hình 2.7- Piston động cơ 2KD-FTV……….22

Hình 2.8- Thanh truyền và bạc lót thanh truyền ……… …23

Hình 2.9- Trục khuỷu và bạc trục khuỷu ……….….23

Hình 2.10- Puli trục khuỷu……… ……… 24

Hình 2.11- Trục cân bằng động cơ ……… …….………… 25

Hình 2.12- Cơ cấu phối khí động cơ ……….….….26

Hình 2.13- Trục cam động cơ ……….……… 26

Hình 2.14- Cơ cấu xupap ……… … 27

Hình 2.15- Hệ bánh răng ……… … …27

Hình 2.16- Hệ thống bôi trơn……… ……….28

Hình 2.17- Sơ đồ đường dầu bôi trơn ……… …….28

Hình 2.18- Vòi phun dầu……….………… 29

Hình 2.19- Hệ thống làm mát……… … ….30

Hình 2.20- Sơ đồ hệ thống làm mát ……… … ….30

Hình 2.21- Bướm ga……….…….… 31

Hình 2.22- Ống nạp……… ….32

Hình 2.23- Bộ giải nhiệt khí nạp……… 32

Hình 2.24- Van EGR động cơ 2KD-FTV……….…33

Hình 2.25- Tua bin tăng áp động cơ 2KD-FTV……… ……….34

Hình 2.26- Đồ thị công……… … 51

Hình 3.1- Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common-Rail động cơ 2KD-FTV ……… …52

Hình 3.2- Bầu lọc nhiên liệu……… … 56

Hình 3.4- Bơm cao áp HP3……… … 58

Hình 3.5- Cấu tạo bơm cao áp HP3……… ……59

Hình 3.6- Sơ đồ hoạt động của bơm cao áp HP3……… …60

Hình 3.7- Cấu tạo bơm cao áp HP3 ( mặt cắt thể hiện bơm piston) ………… …… 61

Hình 3.8- Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm piston……… …62

Hình 3.9- Cấu tạo bơm cao áp HP3 (mặt cắt thể hiện bơm nạp) ……… … 63

Hình 3.10- Sơ đồ điều khiển van SCV của ECU……….… 64

Hình 3.11- Cấu tạo van SCV……….64

Hình 3.12- Sơ đồ hoạt động của bơm khi van SCV mở nhỏ ……… …… 65

Hình 3.13- Sơ đồ hoạt động của bơm khi van SCV mở lớn ……… … 66

Hình 3.14- Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nhiên liệu……… 66

Hình 3.15- Cấu tạo ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao ……… ….67

Hình 3.16- Cấu tạo van giới hạn áp suất……… …68

Hình 3.17- Cảm biến áp suất trên ống rail……… 69

Hình 3.18- Sơ đồ mạch cảm biến và Đặc tính áp suất theo điện áp……… 70

Hình 3.19- Cấu tạo vòi phun……….… … 71

Hình 3.20- Mã QR và ID trên vòi phun……….… …73

Hình 3.21- Bộ phận làm mát nhiên liệu hồi……… …73

Hình 3.22- Sơ đồ mạch thu nhận tín hiệu NE và G ……….….74

Hình 3.23- Cảm biến vị trí trục khuỷu……….… 75

Hình 3.24- Cảm biến vị trí trục cam……… …… 76

Hình 3.25- Biểu đồ xung tín hiệu NE và G ……… …77

Hình 3.26- Cảm biến vị trí bàn đạp ga……… … 77

Hình 3.27- Sơ đồ mạch cảm biến vị trí bàn đạp ga ……… … ….77

Hình 3.29- Cảm biến nhiệt độ khí nạp và Đường đặc tính nhiệt độ-điện trở ……… 79

Hình 3.30- Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát……… … 80

Hình 3.31- Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát ……… 80

Hình 3.32- Cảm biến áp suất khí nạp………81

Hình 3.33- Sơ đồ hoạt động cảm biến áp suất khí nạp với van VSV ……… 82

Hình 3.34- Đặc tính áp suất – điện áp đầu ra PIM………82

Hình 3.35- Sơ đồ điều khiển hệ thống nhiên liệu động cơ ……… 83

Hình 3.36- Sơ đồ khối các hệ thống trong ECU với bộ vi xử lý ……… 84

Hình 3.37- Sơ đồ khối cấu trúc CPU……….85

Hình 3.38- Mạch điện của bộ chuyển đổi A/D ……… 86

Hình 3.39- Mạch điện bộ đếm……… 86

Hình 3.40- Mạch điện bộ nhớ trung gian ……….86

Hình 3.41- Mạch điện bộ khuếch đại ……… 87

Hình 3.42- Sơ đồ bộ ổn áp……….87

Hình 3.43- Mạch giao tiếp ngõ ra……… …87

Hình 3.44- Mạch điều khiển phun nhiên liệu ……… 88

Hình 3.45- Phương pháp tính toán lượng phun……….89

Hình 3.46- Ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến lượng phun khởi động …… 90

Hình 3.47- Sơ đồ điều chỉnh tốc độ không tải……… 91

Hình 3.48- Điều khiển giảm rung khi chạy không tải ……….92

Hình 3.49- Điều khiển thời gian phun nhiên liệu ……….…92

Hình 3.50- Đường đặc tính thời gian phun nhiên liệu ……….….93

Hình 3.51- Biễu diễn tốc độ phun nhiên liệu……….…93

Hình 3.52- Đường đặc tính áp suất phun nhiên liệu……… 94

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 hệ thống cung cấp nhiên liệu động

cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D) trên xe Toyota Hiace” 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 2KD-FTV (2.5 D-4D) trên xe Toyota Hiace

- 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:

- Mục đích ý nghĩa đề tài

- Tổng quan về hệ thống nhiên liệu diesel

- Giới thiệu xe Toyota Hiace và động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D)

- Tính toán kiểm nghiệm hệ thống nhiên liệ động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D)

- Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D)

- Các hư hỏng, cách khắc phục

- Kết luận đề tài

Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐÔNG CƠ

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)

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

- 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

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

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

- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ…

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

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

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

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

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

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; 8- 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 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

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

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- Thân kim

- Vòi phun kín được chia thành: vòi phun kín tiêu chuẩn, vòi phun kín có chốt trên mũi kim, vòi phun kín dùng van

- Vòi phun kín tiêu chuẩn (hình 1.4b) có hai mặt tiết lưu: một mặt thay đổi tiết diện tại đế tì mặt côn của kim và một không thay đổi tiết diện tại lỗ phun Phần cấu tạo của vòi phun kín tiêu chuẩn có: thân kim 20 và van kim 6 là cặp chi tiết chính xác được

chọn lắp với khe hở phần dẫn hướng khoảng 2-3 µm Mặt côn 5 của kim tì lên đế côn của thân dùng để đóng mở đường thông của nhiên liệu từ đường cao áp đến các lỗ phun

4, các lỗ kim phun được phân bố đều xung quanh và tạo góc nghiêng 75o so với đường tâm kim Ê cu tròng 7 bắt chặt thân kim 20 vào thân vòi phun 20 với 2 chốt định vị Hai mặt tiếp xúc của thân kim và thân vòi phun được mài bóng, bao kín cho đường nhiên liệu 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 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

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 2.5 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

Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ XE TOYOTA HIACE VÀ ĐỘNG CƠ 2KD-FTV

(2.5 D-4D) 2.1 Lịch sử phát triển xe Toyota Hiace

Toyota Hiace là dòng xe dành riêng cho du lịch được Toyota sáng tạo vào cuối năm 60 tại Nhật Mới đây, Toyota đã cho ra mắt đời xe Hiace 2018

Được phát triển suốt hơn 50 năm, Hiace đã xây dựng được một thương hiệu vô cùng thân thiết với các hãng du lịch

Những ngày đầu, Hiace đã xuất hiện nhiều dạng khác nhau như xe Minivan, xe Minibus… Loại xe này được nhiều người ở các nước Châu Á và Châu Âu ưa chuộng, nhưng không được xuất hành tại Bắc Mỹ do thành phần ở đây đã có một số lượng lớn các loại xe cạnh tranh Mới đầu, Hiace được sử dụng nhiều làm xe của các đơn vị y tế

Hình 2.1- Xe Toyota Hiace 2018 Lịch sử xe Hiace 2018 của Toyota là bản thứ nhất có 2 kiểu, một là xe chuyên chở người, hai là xe chuyên tải Những chiếc xe Hiace được nhiều người Nhật ưa thích khi vừa có thể di chuyển mà có thể biến thành căn hộ, cửa hàng di động được Hình dạng

xe không khác gì bây giờ lắm Chỉ khác ở phiên bản xe tải, đây là đời đầu tiên của Hiace chuyên về tải nặng

Thế hệ 2, H11-40 là những thiết kế theo kịp thời thế vào các thập niên 70s-80s Xe được phát triển theo về chiều cao cùng cách sắp đặt lại các bộ phận trên xe để được an toàn cho người lái Đời 2 của Hiace cũng có các phiên bản Truck – xe tải nặng Xe Hiace H11-40 rất phù hợp chuyên chở các em nhỏ đi học hay người đi làm Chính vì thế mà ôtô này được Ấn Độ sử dụng ở khắp nơi Ngày nay, phiên bản này không còn được sử dụng

Bản thứ 3 của Toyota Hiace được phát hành sau sự ngừng sản xuất của H11-40 và năm 82s Chiều rộng của xe được tăng lên, đủ 3 người ngồi trên khoang trước Cũng sắp đặt lại các bộ phận xe và cải tiến chúng lên một chút Trông chiếc xe đã nhiều chi tiết đường nét hơn một chút Về dòng xe tải, Hiace đời 3 đã cho gương hậu to hơn một chút, giúp tài xế có thể dễ nhìn hơn Phần khung tải cũng được sơn đẹp hơn những phiên bản trước

Bản thứ 4 phần đuôi xe không để hở ra cửa kính có thể nhìn được ra ngoài nữa mà thay vào đó được sơn lại hoàn toàn màu trắng Đầu xe thiết kế nhỏ gọn hơn, động cơ được đặt ở phần dưới ghế lái Khung bánh xe cũng được thay đổi thêm phần chắc chắn hơn bản H50 Thế nhưng, bản thứ 4 cũng chưa được thự sự cải tiến mức độ đột phá nhất, chỉ có động cơ xe được phát triển tiến bộ hơn trước Đến năm 1989, thì xe bán tải của Toyota Hiace đã không còn được phát triển thêm, nhường lại cho Toyota Hilux

Năm 2004, bản thứ 5 đột phá của Hiace đã cải biên vẻ ngoài hơn trước rất nhiều,

xe trông nhẹ nhàng và hiện đại Lớp sơn bóng loáng sẽ là niềm vui mỗi ngày của bạn khi được nhìn nó Các bộ phận được cải biến cho bớt thô so với các bản trước H200 mới nhất hiện nay và thân ôtô được kéo dài hơn giúp tăng số lượng hành khách chuyên chở trên xe

Năm 2018, Toyota cho ra mắt bản Hiace 2018 với nhiều sự đổi mới không chỉ về

bề ngoài mà vị trí các cơ máy được chuyển ra đầu xe và chiều cao được phát triển lên tối đa

2.2 Các thông số xe

Bảng 2.1 Biểu diễn các thông số kỹ thuật của xe Toyota Hiace 2018

Bảng 2.1-Thông số kỹ thuật Toyota Hiace 2018

Thông số kích thước Động cơ dầu

Kích thước tổng thể bên ngoài (D x R x

Chiều rộng cơ sở (Trước/ sau) (mm) 1655/1650

2.3 Các thông số động cơ 2KD-FTV (2.5D-4D)

Hình 2.2 – Mặt cắt động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D) Động cơ 2KD-FTV của Toyota là loại động cơ diesel tuabin tăng áp TOYOTA 2.5D-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 75 kW/3600 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 2.2 Biểu diễn các thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ 2KD-FTV (2.5 D-4D):

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

Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị

2.4 Các cơ cấu chính của động cơ

2.4.1 Thân máy

Hình 2.3 – Thân máy động cơ 2KD-FTV

- Thân máy được đúc bằng thép hợp kim thấp

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

2.4.2 Nắp máy

Hình 2.4 – Nắp máy động cơ

Hình 2.5 – Cấu tạo nắp máy động cơ 2KD-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

- 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 2.6 – 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

2.4.3 Piston

Hình 2.7 – Piston động cơ 2KD-FTV

1- Vòng dẫn hướng Ni-resist Cast Iron; 2- Rảnh làm mát

- Buồng cháy được tạo ra trên đỉnh piston để phù hợp với việc phun trực tiếp nhiên liệu

- Piston được làm bằng hợp kim nhôm

- 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 Ni-resist cast iron

2.4.4 Thanh truyền và bạc lót thanh truyền

- 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

Hình 2.8 – Thanh truyền và bạc lót thanh truyền

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

2.4.5 Trục khuỷu và bạc truc khuỷu

Hình 2.9- Trục khuỷu và bạc trục khuỷu

1- Góc lượn; 2- Lỗ dầu bôi trơn; 3- Rãnh dầu bôi trơn bạc; 4- Bạc trên;

5- Bạc dưới

- Trục khuỷu có 5 cổ trục và 8 đối trọng

- Tất cả các bề mặt chuyển tiếp của ngõng trục, cổ trục, chốt khuỷu và má được

bo tròn nhằm tạo khả năng chịu lực

- 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

- 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

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