Đề tài Tổng quan về hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 1.1. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ DIESEL Kỹ sư người Đức cĩ tên là Rodlf Diesel đăng ký bằng sáng chế đầu tiên về loại động cơ phun dầu, sau này được mang tên ơng vào những năm 1892. Từ đĩ đến nay loại động cơ này đã cĩ được rất nhiều cải tiến để đến sự hồn thiện vào những năm đầu thập niên 70 của thế kỷ XX. Từ ban đầu khi động cơ này ra đời, hầu như tất cả các hệ thống đều được điều khiển bằng cơ khí nên cơng suất động cơ, tiêu hao nhiên liệu, các chế độ hoạt động của động cơ chưa được hồn thiện trong quá trình sử dụng và gây rất nhiều khĩ khăn cho người sử dụng. Do đĩ với cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật ra đời vào những năm 50, 60 của thế kỷ XX đã cĩ tác dụng tích cực làm thay đổi khả năng tự động điều khiển của động cơ, với sự trợ giúp chủ yếu của các cảm biến, các bộ xử lý và các bộ thừa hành làm cho quá trình điều khiển động cơ thích ứng với điều kiện làm việc nhanh hơn và chính xác hơn rất nhiều so với các hệ thống điều khiển cơ khí, thuỷ lực thường dùng trước đây. Trước sự phát triển đĩ hệ thống nhiên liệu, loại trừ các cơ cấu điều khiển cơ khí mà thay vào đĩ hệ thống điều khiển điện tử thuộc thế hệ mới gĩp phần cải tiến, điện tử hố các cơ cấu, nâng cao tính kinh tế, giảm ơ nhiễm mơi trường và đơn giản hố trong quá trình điều khiển. 1.2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 1.2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel ĩ Nhiệm vụ : - Dự trữ nhiên liệu: Đảm bảo cho động cơ cĩ thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định, giúp nhiên liệu chuyển động thơng thống trong hệ thống. - Cung cấp nhiên liệu cho động cơ : đảm bảo tốt các yêu cầu : + Lượng nhiên liệu 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 liêu vào các xylanh phải đồng đều. Phải phun nhiên liệu vào xylanh qua lỗ phun nhỏ với chênh áp lớn phía trước và lỗ phun, để nhiên liệu được xé tơi tốt. - Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa số lượng và 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 mỗi chất trong buồng cháy để hồ khí được hình thành nhanh và đều. ĩ Yêu cầu : Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel phải thoả mãn các yêu cầu sau : - Hoạt động lâu bền, cĩ độ tin cậy cao. - Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa . - Dễ chế tạo, giá thành hạ. - Nhiên liệu diesel phải rất sạch khơng chứa tạp chất và nước. - Nhiên liệu phải cĩ trị số Cetanne cao (40 – 55) đốt cháy ngay khi nĩ được phun vào buống đốt, khơng tồn đọng nhiên liệu và kết quả là động cơ chạy êm. 1.2.2. Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel Đặc điểm khác biệt của động cơ diesel so với động cơ xăng là địa điểm và thời gian hình thành hỗn hợp nổ. Trong động cơ xăng, hồ khí bắt đầu hình thành ngay từ khi xăng được hút khỏi vịi phun vào đường nạp (động cơ dùng bộ chế hồ khí) hoặc được phun vào đường ống nạp (động cơ phun xăng). Quá trình trên được cịn tiếp diễn trong xy lanh, suốt quá trình nạp và quá trình nén cho đến khi được đốt cháy cưỡng bức bằng tia lửa điện. Ở động cơ diesel gần cuối quá trình nén, nhiên liệu mới được phun vào buồng cháy động cơ để hình thành hỗn hợp rồi tự bốc cháy. Dầu diesel cĩ tính năng đặc biệt về độ bốc hơi, độ nhớt và chi số cetane. * Hoạt động của hệ thống nhiên liệu: Bơm chuyển nhiên liệu 9 hút nhiên liệu từ thùng chứa 12, sau đĩ đẩy tới bầu lọc tinh 2. Tại bầu lọc tinh nhiên liệu được lọc sạch tạp chất, sau đĩ nhiên liệu theo đường ống 3 tới bơm cao áp 8. Bơm cao áp tạo cho nhiên liệu một áp suất đủ lớn theo đường ống cao áp 6 đến vịi phun 4 cung cấp cho xylanh động cơ. Nhiên liệu rị qua khe hở trong thân kim phun của vịi phun và trong các tổ bơm cao áp được theo đường ống dẫn 5 và 11 trở về thùng chứa. Nhiên liệu đi vào trong xylanh bơm cao áp khơng được lẫn khơng khí vì khơng khí sẽ làm cho hệ số nạp của các tổ bơm khơng ổn định, thậm chí cĩ thể làm gián đoạn quá trình cấp nhiên liệu. Khơng khí lẫn trong hệ thống nhiên liệu cĩ thể là do khơng khí hịa tan trong nhiên liệu tách ra khi áp suất thay đổi đột ngột, cũng cĩ thể do khí trời lọt vào do đường ống khơng kín, đặc biệt là ở những khu vực mà áp suất nhiên liệu thấp hơn áp suất khí trời. Để xả khơng khí ra khỏi hệ thống nhiên liệu trên bầu lọc, trên vịi phun và trên bơm cao áp cĩ bulơng xả khí. 1- Bulơng xả khí ; 2- Bầu lọc nhiên liệu ; 3, 5, 6, 10, 11- Ống dẫn nhiên liệu ; 4- Vịi phu ; 7- Van tràn ; 8- Bơm cao áp ; 9- Bơm chuyển ; 12- Thùng chưa nhiên liệu ; 13- Bulơng xả nước. Hình 1.1 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu diesel Khơng khí từ ngồi trời qua lọc khí vào ống nạp rồi qua xupáp nạp đi vào động cơ. Trong quá trình nén các xupáp hút và xả đều đĩng kín, khi piston đi lên khơng khí trong xylanh bị nén. Piston càng tới sát điểm chết trên, khơng khí bên trên piston bị chèn chui vào phần khoét lõm ở đỉnh piston, tạo ra ở đây dịng xốy lốc hướng kính ngày càng mạnh. Cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào dịng xốy lốc này, được xé nhỏ, sấy nĩng, bay hơi và hồ trộn đều với khơng khí tạo ra hồ khí rồi tự bốc cháy. 1.2.3. Các dạng cấu tạo bơm cao áp trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 1.2.3.1. Bơm cao áp (Bosch) 1- Bulơng xả khí ; 2- Vít hãm ; 3- Đầu nối ống nhiên liệu đến vịi phun ; 4- Đầu nối ống nhiên liệu vào bơm ; 5- Vỏ bộ hạn chế nhiên liệu ; 6- Khớp nối của trục cam ; 7- Đĩa chắn dầu ; 8- Trục bơm ; 9- Ổ bi ; 10- Vỏ bộ điều tốc ; 11- Lị xo van cao áp ; 12- Van cao áp; 13- Xilanh bơm cao áp ; 14- Lỗ xả ; 15- Piston bơm cao áp ; 16- Vít ; 17- Ống xoay ; 18- Đĩa trên ; 19- Lị xo bơm cao áp ; 20- Đĩa dưới ; 21- Bulơng điều chỉnh ; 22- Con đội ; 23- Con lăn ; 24- Cam Hình 1.2 : Bơm cao áp Nguyên lý hoạt động : Piston đi xuống nhờ lực đẩy lị xo 19, van cao áp 12 đĩng kín, nhờ độ chân khơng được tạo ra trong khơng gian phía trên piston, khi mở các lỗ A, B nhiên liệu được nạp đầy vào khơng gian này cho tới khi piston nằm ở vị trí thấp nhất. Piston đi lên nhờ cam 24, lúc đầu nhiên liệu bị đẩy qua các lỗ A, B ra ngồi ; khi đỉnh piston che kín hai lỗ A, B thì nhiên liệu ở khơng gian ở phía trên piston 15 tăng áp suất, đẩy mở van cao áp 12, nhiên liệu đi vào đường cao áp tới vịi 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 khơng gian phía trên piston qua rãnh dọc thốt qua lỗ B ra ngồi khiến áp suất trong xilanh giảm đột ngột, van cao áp được đĩng lại. 1.2.3.2. Bơm phân phối A B 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 văn ; 11- Địn điều chỉnh ; 12- Lị xo điều tốc ; 13- Màng chân khơng ; 14- Ống nối đường nạp ; 15- Lị xo màng điều chỉnh chân khơng ; 16- Đường ống hồi dầu ; 17- Vít điều chỉnh ; 18- Địn áp lực ; 19- Van điện từ ; 20- Piston ; 21- Van cao áp ; 22- Đầu nối với vịi phun Hình 1.3 : Bơm phân phối Hình 1.3 : Bơm phân phối  Nguyên lý hoạt động: Dẫn động xoay piston 20 được trục bơm 6 dẫn động, cịn dẫn động định tiến do vành cam 3 trên trục bơm 6 dẫn động. Trên sườn piston cĩ các lỗ thốt B, khi piston xoay lỗ thốt này sẽ lần lượt ăn thơng với các lỗ khoan chéo A trên đầu bơm. Trong hành trình cơng tác nhiên liệu nén và phân phối lần lượt qua các lỗ khoan chéo A, khi đĩ áp suất nhiên liệu nén đi qua van cao áp 21 rồi đi đến vịi phun nhiên liệu của xylanh tương ứng. Trên bơm cịn cĩ bơm chuyển nhiên liệu kiểu phiến gạt được nâng lên một áp suất ổn định, quả văng 10 thơng qua quan hệ tay địn, quả văng tác động vào bạc xả 1 qua đĩ 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. Loại bơm này cĩ kết cấu đơn giản hơn so với bơm cao áp thẳng hàng kiểu Bosch cho nên được sử dụng rộng rãi hơn, nhưng loại bơm cao áp sử dụng trong hệ thống nhiên liệu Common Rail kết cấu đơn giản hơn ta khảo sát sau. 1.2.4. Đặc điểm hình thành hỗn hợp trong động cơ diesel Nhiên liệu được phun vào buồng đốt từ 150 - 300 trước ĐCT/ kỳ nén, khi dấu phun nhiên liệu “ INJ” ở bánh đà đúng ngay chi thị mà lăng vạch ở ống dẫn hướng ngay dấu chỉ thị ở cử sổ là thời điểm khơi phun. Hỗn hợp được hình thành bên trong xilanh động cơ với thời gian rất ngắn tính theo gĩc quay của trục khuỷu, chỉ bằng 1/10 đến 1/20 so với trường hợp của máy xăng, ngồi ra nhiên liệu diesel lại khĩ bay hơi hơn xăng nên phải được phun thật tơi và hồ trộn đều trong khơng gian buồng cháy. Vì vậy phải tạo điều kiện để nhiên liệu được sấy nĩng, bay hơi nhanh và hồ trộn đều với khơng khí trong buồng cháy nhằm tạo ra hồ khí ; mặt khác phải đảm bảo cho nhiệt độ khơng khí trong buồng cháy tại thời gian phun nhiên liệu phải đủ lớn để hồ khí tự bốc cháy. Quá trình hình thành hỗn hợp và quá trình bốc cháy nhiên liệu trong động cơ diesel chồng chéo lên nhau, xảy ra liên tục. Sau khi phun nhiên liệu thì trong buồng cháy diễn ra một loạt thay đổi về tính chất lý hố của nhiên liệu, sau đĩ một phần nhiên liệu được phun vào trước đã tạo thành hỗn hợp thì tự bốc cháy trong khi nhiên liệu vẫn được tiếp tục phun vào để cung cấp cho xy lanh động cơ. Chính đặc điểm của quá trình hình thành hỗn hợp và quá trình cháy như vậy nên để cho phù hợp thì động cơ diesel cĩ rất nhiều loại buồng cháy khác nhau tuỳ theo cấu tạo của động cơ và mục đích sử dụng động cơ. 1.3. HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN PHUN NHIÊN LIỆU Đối với động cơ diesel cĩ rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong động cơ, các yếu tố đĩ cĩ nhiều yếu tố thuộc khâu kết cấu, thiết kế buồng cháy, kết cấu đường ống nạp... và cĩ nhiều yếu tố phụ thuộc vào chế độ hoạt động của động cơ như : Số vịng quay, thời điểm phun, lượng phun.... Khả năng làm việc tối ưu của động cơ phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố điều chỉnh cơ bản là : Lượng nhiên liệu phun vào động cơ và thời điểm phun. Cả hai thơng số điều chỉnh cơ bản này đều được điều chỉnh bởi bộ điều khiển điện tử trên cơ sở xử lý các thơng tin đầu vào như : Số vịng quay, chế độ tải trọng động cơ, nhiệt độ nước làm mát... Nĩi chung cĩ nhiều bộ xử lý điều khiển nhiều hệ thống khác nhau lắp trên ơtơ. Tuy nhiên bộ xử lý nào cũng hoạt động theo nguyên lý thu thập thơng tin vào điều kiện làm việc của hệ thống và trên cơ sở đĩ điều khiển các cơ cấu chấp hành theo cách mà người thiết kế mong muốn. Như vậy, hệ thống điều khiển điện tử phun nhiên liệu trên động cơ gồm ba phần chủ yếu sau : 1.3.1. Hệ thống thu thập thơng tin về điều kiện làm việc của động cơ Các cảm biến cung cấp cho bộ xử lý về số vịng quay, vị trí bàn đạp chân ga, nhiệt độ khơng khí nạp, nhiệt độ nước làm mát của động cơ... các cảm biến làm việc theo nguyên tắc khác nhau. Các thơng tin từ các cảm biến đưa về bộ xử lý dưới dạng các tín hiệu điện như : tín hiệu dạng xung, tín hiệu điện áp biến đổi, tín hiệu tần số... và được biến đổi, xử lý sơ bộ trước khi đi vào hệ thống xử lý. 1.3.2 Hệ thống xử lý Căn cứ vào các tín hiệu gởi về từ các cảm biến, hệ thống xử lý so sánh với các thơng tin đã được cài đặt sẵn trong bộ nhớ và xác định các thơng số đầu ra để điều khiển các bộ phận thừa hành, đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu cho động cơ. 1.3.3 Hệ thống thừa hành Các cơ cấu chấp hành được điều khiển bằng các tín hiệu đầu ra của bộ xử lý. Các cơ cấu chấp hành như : vịi phun, bơm cao áp... được hệ thống thừa hành điều khiển sao cho động cơ làm việc phù hợp với các tín hiệu đầu vào. 1.3.4. Định lượng hỗn hợp nhiên liệu, khơng khí Lượng O2, dùng để đốt cháy nhiên liệu trong buồng cháy động cơ, là lượng O2 trong khơng khí. Như ta biết khơng khí gồm hai thành phần là : O2 và N2 . Tính theo thành phần thể tích (thành phần mol) O2 chiếm 21% cịn N2 chiếm 79%. Do với một thể tích nhất định, khối lượng khí phụ thuộc vào các thơng số trạng thái của nĩ như : áp suất, nhiệt độ.... Vì vậy với một dung tích xilanh nhất định, khối lượng khơng khí nạp vào là khác nhau nếu ở điều kiện áp suất và nhiệt độ khác nhau. Khi động cơ đang hoạt động, lượng nhiên liệu phun vào xi lanh thay đổi tùy theo điều kiện làm việc. Để đảm bảo lượng nhiên liệu phù hợp, bộ điều khiển cần biết được thơng tin về trạng thái của lượng khí nạp. Để xác định chính xác lượng khí nạp, trên động cơ lắp thêm cảm biến đo áp suất ( cảm biến MAF) và nhiệt độ khí nạp (IAT), chính xác hơn nữa là cảm biến lưu lượng khí nạp, thể tích khí nạp được xác định thơng qua thể tích cơng tác và hiệu suất thể tích động cơ. Thể tích cơng tác phụ thuộc đường kính xi lanh và hành trình piston, cịn hiệu suất thể tích phụ thuộc kết cấu của động cơ và đường ống nạp. Vì mỗi loại động cơ cĩ một kích thước và kết cấu khác nhau nên để đảm bảo cho điều kiện phun nhiên liệu được chính xác, các thơng số kết cấu và hiệu suất thể tích được nạp sẵn vào bộ nhớ ROM của bộ điều khiển điện tử. Lượng nhiên liệu phun khơng chỉ phụ thuộc vào lượng khí nạp, buồng cháy động cơ mà cịn phụ thuộc nhiều yếu tố đặc trưng cho tình trạng làm việc của động cơ, ví dụ như số vịng quay động cơ, nhiệt độ nước làm mát... Bộ xử lý cũng sử dụng các tín hiệu nhận được từ các cảm biến đo các yếu tố đặc trưng cho tình trạng làm việc của động cơ để điều chỉnh lượng phun sao cho đạt được tỉ lệ hỗn hợp thích ứng với điều kiện làm việc của động cơ. 1.3.5. Xác định gĩc phun sớm Cũng tương tự như nguyên tắc điều khiển lượng phun, bộ xử lý điều khiển gĩc phun sớm trên cơ sở tín hiệu thu được từ cảm biến đo số vịng quay động cơ và các cảm biến xác định trạng thái động cơ. Để lựa chọn gĩc phun sớm tốt nhất được xác định nhờ thực nghiệm bằng cách xây dựng đặc tính điều chỉnh gĩc phun sớm của động cơ. Đặc tính điều chỉnh gĩc phun sớm được thực hiện ở điều kiện khơng thay đổi tốc độ n và lượng nhiên liệu cấp cho chu trình. Từ những thực nghiệm người ta đưa ra dãy gĩc phun sớm tuỳ thuộc vào tốc độ động cơ và tải trọng, gĩc phun sớm nằm trong giới hạn từ 15 ÷ 350 . Từ đĩ người ta đưa ra bảng giá trị gĩc phun sớm ứng với từng tốc độ và tải trọng động cơ gọi là gĩc phun sớm cơ sở. Như vậy khi động cơ hoạt động, bộ xử lý nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí bàn đạp ga, áp suất trên đường ống nạp để xác định số vịng quay và tải trọng, động cơ tại thời điểm đĩ. Với hai thơng số này, bộ xử lý đối chiếu vào bảng gĩc phun sớm cơ sở để lấy ra giá trị gĩc phun sớm, sau đĩ bộ xử lý căn cứ vào giá trị thu được từ các cảm biến khác nhau như : cảm biến nước làm mát, cảm biến nhiệt độ khí nạp để hiệu chỉnh và cĩ giá trị gĩc phun sớm thích hợp. Giá trị được bộ xử lý dùng để điều khiển bộ phận thừa hành ở đầu ra : bơm, và vịi phun ... 1.3.6. Bộ xử lý Hình 1.4: Sơ đồ khối điều khiển điện tử phun nhiên liệu. Như đã trình bày trên, căn cứ vào tín hiệu gởi về từ các cảm biến, hệ thống xử lý so sánh với các thơng tin đã được lập trình sẵn trong bộ nhớ và xác định các thơng số đầu ra để điều khiển các bộ phận thừa hành, đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu cho động cơ. 1.3.6.1 Bộ ổn áp bên trong Vì bộ xử lý và các cảm biến địi hỏi một điện áp làm việc rất ổn định, nên trong bộ điều khiển cĩ lắp một bộ ổn áp. Bộ ổn áp điện này cung cấp cho bộ xử lý một điện áp cĩ giá trị xác định và ổn định. 1.3.6.2. Xử lý tín hiệu vào Bộ xử lý tín hiệu đầu vào thu nhập những tín hiệu từ các cảm biến, dưới dạng tín hiệu xung, tín hiệu điện áp biến đổi, tín hiệu tần số…. Để đưa vào xử lý, biến đổi chúng thành các tín hiệu số. Tín hiệu là sự kết hợp giữa các mức điện áp cĩ và khơng, mức điện áp cĩ là số 1 và mức điện áp khơng là số 0. Tín hiệu phải được biến sang dạng số vì bộ xử lý chỉ cĩ thể làm việc với các tín hiệu 0 và 1. Một trong các bộ biến đổi dùng phổ biến trong bộ điều khiển là bộ biến đổi tương tự số, viết tắt là A/D(Analog to digital converters). Bộ này dùng để biến đổi tín hiệu điện áp một chiều cĩ giá trị thay đổi sang tín hiệu dạng số để bộ xử lý cĩ thể làm việc được. Các cảm biến mạch tương tự, như cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến nhiệt độ, cảm biến vị trí trục bơm cao áp ... là những ví dụ của cảm biến tạo ra tín hiệu điện áp tương tự thay đổi. 2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV 2.1. CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ 2KD-FTV Hãng sản xuất TOYOTA Fortuner Loại động cơ 2.5L Diesel Common Rail tăng áp Số xy lanh và cách bố trí 4 xy lanh thẳng hàng, 16 xupap Cơ cấu xupap dẫn động đai và bánh răng Kiểu động cơ 2KD-FTV Dung tích xi lanh (cc) 2494cc Đường kính xylanh (mm) 92 Hành trình S (mm) 93,8 Tỷ số nén 18,5 Cơng suất lớn nhất (KW/v/ph) 75/3600 Momen xoắn cực đại (N.m/v/ph) 260/2400 Loại xe SUV Hộp số 5 số sàn Hệ thống nhiên liệu Loại ống phân phối Loại nhiên liệu Diesel Mức độ tiêu thụ nhiên liệu 8.7lít/100 km Dài (mm) 4695mm Rộng (mm) 1840mm Cao (mm) 1850mm Chiều dài cơ sở (mm) 2750mm Chiều rộng cơ sở trước/sau 1540/1540mm Trọng lượng khơng tải (kg) 1790-1810kg Số cửa 5cửa 2.2. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ 2KD-FTV Động cơ 2KD-FTV của hãng TOYOTA là loại động cơ 4 kỳ 4 xylanh được đặt thẳng hàng và làm việc theo thứ tự nổ 1-3-4-2. Động cơ cĩ cơng suất lớn 75 KW/3600 v/ph, hệ thống phối khí của các xupap được dẫn động trực tiếp từ trục cam thơng qua con đội thuỷ lực, sử dụng con đội thuỷ lực và cách bố trí 4 xupap trên một xylanh tạo đươc chất lượng nạp và thải (nạp đầy, thải sạch), nhằm tăng cơng suất động cơ, giảm được lượng khí thải độc hại gây ơ nhiễm mơi trường. Với hệ thống phun nhiên liệu diesel bằng hệ thống tích luỹ nhiên liệu và điều khiển bằng ECU và hệ thống tuần hồn khí xả tạo cho động cơ luơn làm việc ở chế độ an tồn và hiệu quả cao. 2.2.1.Các bộ phận chính trong đơng cơ *Nhĩm piston: Chốt piston, vịng hãm, xécmăng dầu, xécmăng khí *Thanh truyền: Đầu nhỏ thanh truyền, đầu to thanh truyền, bạc lĩt *Trục khuỷu : Cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu. *Bánh đà: *Thân máy và nắp xylanh: Nắp xylanh, gioăng, thân máy của động cơ. *Cơ cấu phân phối khí: Bánh răng dẫn động cam nạp, bánh răng dẫn động cam xả, cam nạp, cam xả, lị xị xupap, xupap, đai dẫn động. *Hệ thống làm mát. *Hệ thống bơi trơn. 2.2.2. Hệ thống tăng áp Hệ thống tăng áp trên động cơ 2KD-FTV là loại tăng áp kiểu tuabin khí, được làm mát trung gian. Bộ tuabin tăng áp gồm hai phần chính là tuabin và máy nén khí, cùng với các cơ cấu phụ khác như bạc đỡ trục, thiết bị bao kín, hệ thống bơi trơn và làm mát .... Hình 2.1 : Sơ đồ tăng áp tuabin khí. Tuabin tăng áp trên động cơ là loại tuabin tăng áp hướng kính Hình 2.2 : Kết cấu tuabin - máy nén. 1- Vỏ máy nén ; 2- Vỏ tuabin ; 3- Thân tuabin máy nén; 4- Bánh cơng tác máy nén ; 5- Bánh cơng tác tuabin; A- Cửa hút khơng khí vào máy nén; B- Của thốt khí xả ra khỏi tuabin; C- Cửa thơng đường khí xả động cơ; D- Cung cấp dầu bơi trơn; E- Đường dầu về. Nguyên lý làm việc: Khí thải động cơ qua đường ống, thổi vào cánh của tuabin, sau khi giãn nở tới áp suất khí trời thì thốt qua cửa thải của tuabin ra ngồi. Máy nén do tuabin dẫn động được quay cùng vận tốc của tuabin nhờ trục, làm tăng áp suất và vận tốc của khơng khí đi trong bánh cơng tác của máy nén, sau đĩ một phần động năng của dịng khí qua vành tăng áp đựơc chuyển thành áp năng. Nhờ đĩ, sau khi đi qua bộ tuabin tăng áp, khơng khí đã được nén sơ bộ trước khi đi vào xilanh động cơ. Khí thải từ động cơ qua cửa miệng phun tác động vào bánh cơng tác làm quay trục rơto. Khí thải được thải qua hệ thống thải, đồng thời ở máy nén khi trục rơto quay dẫn động bánh cơng tác quay, hút khơng khí từ ngồi mơi trường xung quanh qua bầu lọc, vào máy nén qua cửa nạp. Dưới tác dụng quay của bánh cơng tác khơng khí nạp lần lượt được nén qua bánh cơng tác, qua vành tăng áp, vịng xoắn ốc, sau đĩ theo đường ống nạp nạp vào xilanh động cơ qua cửa nạp. Máy nén dùng để tăng áp cho động cơ cĩ nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành năng lượng của dịng khí tạo ra áp suất nào đĩ để cung cấp vào xylanh động cơ. Loại máy nén trên đơng cơ 2KD-FTV là loại máy nén ly tâm. Ưu điểm: Tuốc bin tăng áp trong động cơ là loại tuốc bin khí xả nên tiết kiệm được năng lượng dẫn động máy nén, đồng thời tận dụng được năng lượng khí xả. Do vậy, nâng cao được cơng suất cĩ ích của động cơ, cải thiện được tính kinh tế nhiên liệu của động cơ. Nhược điểm: Do tuốc bin tăng áp khơng cĩ liên hệ động lực với trục khuỷu động cơ nên ở các chế độ tải bộ phận, do năng lượng khí xả nhỏ, cơng suất tuốc bin giảm, do vậy áp suất tăng áp giảm nhanh, đến một lúc nào đĩ sẽ nhỏ hơn áp suất khí xả nên làm xấu chất lượng quét. Mặt khác, hệ số dư lượng khơng khí giảm làm xấu chất lượng cháy. Do đĩ, làm giảm cơng suất của động cơ. 2.3. KHẢO SÁT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV 2.3.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Hình 2.3 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV. 1- Thùng nhiên liệu ; 2- Lọc nhiên liệu ; 3- Bơm cao áp HP3 ; 4- Common Rail tích trữ điều áp ; 5- Vịi phun ; 6- Két làm mát nhiên liệu ; 7- EDU ; 8- ECU ; 9- Đường nhiên liệu cao áp ; 10- Đường dầu hồi ; 11- Các cảm biến ; 12- Van SVC ; 13- Van an tồn áp suất ; 14- Cảm biến áp suất nối với ECU. Bơm cao áp 3 cĩ nhiệm vụ tạo ra nhiên liệu cĩ áp suất cao cho quá trình phun. Bơm này được lắp đặt trên một ngăn của hệ thống. Thường thì giống như vị trí đặt bơm phân phối trước đây (của các động cơ cổ truyền). Nhiên liệu sau khi ra khỏi bơm cao áp được vận chuyển vào bộ phận tích luỹ cao áp. Ống Rail 4 này là bộ phận tích luỹ cao áp và luơn được cấp nhiên liệu để phục vụ cho việc phun nhiên liệu. Nhiên liệu trong ống luơn cĩ áp suất 180MPa để phun vào xylanh vào đúng thời điểm. Một số thành phần của hệ thống Common Rail được đặt trực tiếp trên ống này, như cảm biến áp suất, van điều áp. Vịi phun 5 cĩ chức năng phun nhiên liệu vào xylanh động cơ. ECU quyết định lượng nhiên liệu được phun, thời điểm phun và điều khiển nam châm điện trong vịi phun, thơng qua bộ EDU. Nam châm điện này mở vịi phun và nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ khi áp suất tồn tại trong ống tích luỹ cao áp. Common Rail là một hệ thống phun được điều khiển bằng ECU. EDU điều khiển và giám sát quá trình phun bằng những giá trị cần thiết được mặc định sẵn cho quá trình phun nhiên liệu. Hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ 2KD-FTV cĩ những đặc tính sau: + Áp suất nhiên liệu, lượng phun, và thời điểm phun được điều khiển bằng điện tử vì vậy điều khiển tốc độ động cơ đạt độ chính xác cao. + Áp suất nhiên liệu cao cho nên việc hồ trộn nhiên liệu – khơng khí trong buồng cháy tốt hơn. + Tích trữ nhiên liệu áp suất cao, nhiên liệu được phun vào áp suất cao ở mỗi dải tốc độ động cơ. Với những đặc tính như trên thì động cơ 2KD-FTV cĩ tính hiệu năng, tính kinh tế nhiên liệu tăng cao, tiếng ồn nhỏ ít rung động và khí thải sạch. 2.3.2. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV Hệ thống nhiên liệu động cơ cĩ những nhiệm vụ sau : - Chứa nhiên liệu dự trữ, đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong một khoảng thời gian quy định. - Lọc sạch nước và các tạp chất cơ học cĩ lẫn trong nhiên liệu - Cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết cho mỗi chu trình ứng với chế độ làm việc quy định của động cơ. - Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xy lanh theo trình tự làm việc quy định của động cơ. - Cung cấp nhiên liệu vào xy lanh động cơ đúng lúc theo một quy luật đã định. - Phun tơi và phân bố đều nhiên liệu trong thể tích mơi chất trong buồng cháy, bằng cách phối hợp chặt chẽ hình dạng kích thước và phương hướng của các tia nhiên liệu với hình dạng buồng cháy và cường độ vận động của mơi chất trong buồng cháy. Diễn biến chu trình cơng tác của động cơ Diesel chủ yếu phụ thuộc vào tình hình hoạt động của thiết bị cung cấp nhiên liệu. Tốc độ toả nhiệt của nhiên liệu và dạng đường cong của áp suất mơi chất cơng tác trong quá trình cháy biến thiên theo gĩc quay trục khuỷu chủ yếu phụ thuộc vào những yếu tố sau: - Thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu (tức là gĩc phun sớm j1). - Biến thiên của tốc độ phun (tức là quy luật cấp nhiên liệu ). - Chất lượng phun (thể hiện bằng mức phun nhỏ và đều). - Sự hồ trộn giữa nhiên liệu với khí nạp trong buồng cháy. - Thời gian cung cấp nhiên liệu kéo dài 20¸450 độ gĩc quay trục khuỷu (tức là khoảng 0,0033¸0,0075 [s]) khi n = 100 [vg/ph]. Trong khoảng thời gian đĩ áp suất nhiên liệu từ 0,15¸0,2 [MN/m2]. Trong đường dẫn nhiên liệu tới vịi phun, trong vịi phun áp suất tăng lên tới mấy chục [MN/m2]. Áp suất phun nhiên liệu cao như vậy là nhằm đảm bảo yêu cầu phun nhỏ và đều, đồng thời nhằm đảm bảo cấp nhiên liệu vào xy lanh động cơ với một tốc độ cần thiết. 2.3.3. Common Rail là một hệ thống phun tích luỹ - chức năng Việc tạo ra áp suất và việc phun nhiên liệu hồn tồn 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 (high-pressure accumulator) và sẵn sàng để phun. Lượng nhiên liệu phun ra được quyết định bởi tài xế, và thời điểm phun cũng như áp lực phun được tính tốn bằng ECU và các biểu đồ đã lưu trong bộ nhớ của nĩ. Sau đĩ ECU sẽ điều khiển các kim phun phun tại mỗi xy lanh động cơ để phun nhiên liệu. Động cơ 2KD-FTV với hệ thống nhiên liệu Common Rail cĩ các chức năng sau 2.3.3.1. Chức năng chính Chức năng chính là việc điều khiển việc phun nhiên liệu đúng thời điểm, đúng lưu lượng, đúng áp suất, đảm bảo cho động cơ diesel khơng chỉ hoạt động êm diu mà cịn tiết kiệm nhiên liệu. 2.3.3.2. Chức năng phụ Chức năng phụ của hệ thống là điều khiển vịng kín và vịng hở, khơng những giảm độ độc hại của khí thải và lượng nhiên liệu tiêu thụ mà cịn làm tăng tính an tồn, sự thoải mái và tiện nghi. Ví dụ như hệ thống luân hồi khí thải (EGR- exhaust gas recircalation), điều khiển turbo tăng áp, điều khiển ga tự động và thiết bị chống trộm. Hệ thống Common Rail thực hiện những chức năng sau : + Cung cấp nhiên liệu cho động cơ diesel. + Tạo ra áp suất sự cần thiết cho quá trình phun nhiên liệu và phân phối nhiên liệu đến những xylanh riêng lẻ. + Phun một lượng nhiên liệu chính xác tại một thời điểm thích hợp khác với các hệ thống phun khác Common Rail là một hệ thống phun tích luỹ. 2.3.3.3 Chức năng hạn chế ơ nhiễm 2.3.3.3.1. Thành phần hỗn hợp và tác động đến quá trình cháy So với động cơ xăng, động cơ diesel đốt nhiên liệu khĩ bay hơi hơn (nhiệt độ sơi cao), nên việc tạo hỗn hợp khí khơng chỉ diễn ra trong giai đoạn phun và bắt đầu cháy, mà cịn trong suốt quá trình cháy. Kết quả là hỗn hợp khơng đồng nhất. Động cơ diesel luơn hoạt động ở chế độ nghèo, mức tiêu hao nhiên liệu, muội than, CO, HC sẽ tăng lên nếu khơng đốt cháy ở chế độ nghèo hợp lý. Tỉ lệ hỗn hợp được quyết định bởi các thơng số : - Áp suất phun. - Thời gian phun. - Kết cấu lỗ tia. - Thời điểm phun. - Vận tốc dịng khí nạp. - Khối lượng khơng khí nạp. Tất cả các đại lượng trên đều ảnh hưởng đến mức tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải. Nhiệt độ quá trình cháy quá cao và lượng ơxy nhiều sẽ làm tăng lượng NOx. muội than sinh ra khi hỗn hợp quá nghèo. 2.3.3.3.2. Hệ thống nạp lại khí thải ( EGR ) Khi khơng cĩ EGR, khí NOx sinh ra vượt mức quy định về khí thái, ngược lại muội than sinh ra sẽ nằm trong giới hạn. eGR là một phương pháp để giảm lượng NOx sinh ra mà khơng làm tăng nhanh lượng khĩi đen. Điều này cĩ thể thực hiên rất hiệu quả với hệ thống common rail với tỉ lệ hịa khí mong muốn đạt được nhờ vào áp suất phun cao. Với EGR, một phần của khí thải được đưa vào ống nạp ở chế độ tải nhỏ của động cơ. Điều này khơng chỉ làm giảm lượng Oxy mà cịn làm giảm hiệu quả của quá trình cháy và nhiệt độ cực đại. kết quả là làm giảm lượng NOx. Nếu cĩ quá nhiều khí thải được nạp lại (quá 40% thể tích khí nạp), thì khĩi đen, CO và HC sẽ sinh ra nhiều cũng như tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng vì thiếu Oxy. 2.3.3.3.3. Ảnh hưởng của việc phun nhiên liệu Thời điểm phun, đường đặc tính phun, sự phun sương tơi của nhiên liệu cũng ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải. * Thời điểm phun. Nhờ vào nhiệt độ quá trình thấp hơn, phun nhiên liệu trễ làm giảm lượng NOx. Nhưng nếu phun quá trễ thì lượng HC sẽ tăng và tiêu hao nhiên liệu sẽ nhiều hơn, và khĩi đen sinh ra ở chế độ tải lớn. Nếu thời điểm phun chỉ lệch đi 1o khỏi giá trị lí tưởng thì lượng NOx cĩ thể tăng lên 5%. Ngược lại thời điểm phun sai lệch hơn 2o thì cĩ thể làm cho áp suất đỉnh tăng lên 10 bar, trễ đi 2 o cĩ thể làm tăng nhiệt độ khí thải thêm 20oC. Với các yếu tố cực kì nhạy cảm nêu trên, ECU cần phải điều chỉnh thời điểm phun chính xác tối đa. * Đường đặc tính phun. Đường đặc tính phun quy định sự thay đổi lượng nhiên liệu được phun vào trong suốt một chu kỳ phun (từ lúc bắt đầu phun cho đến lúc kết thúc phun ). Đường đặc tính phun quyết định lượng nhiên liệu phun ra trong suốt giai đoạn cháy trễ (giữa thời điểm bắt đầu phun và bắt đầu cháy). Hơn nữa nĩ cũng ảnh hưởng đến sự phân phối của nhiên liệu trong buồng đốt và cĩ tác dụng tận dụng hiệu quả của dịng khí nạp. Đường đặc tính phun phải cĩ độ dốc từ từ để nhiên liệu phun ra trong quá trình cháy trễ được giữ thấp nhất, nhiên liệu diesel bốc cháy tức thì, ngay khi quá trình cháy bắt đầu gây ra tiếng ồn và sự tạo thành NOx. Đường đặc tính phun phải cĩ đỉnh khơng quá nhọn để đề phịng hiện tượng nhiên liệu khơng được phun sương tơi - yếu tố dẫn đến lượng HC cao, khĩi đen và tăng tiêu hao nhiên liệu suốt giai đoạn cuối cùng của quá trình cháy. * Sự phun sương tơi nhiên liệu. Nhiên liệu được phun sương tơi tốt thúc đẩy hiệu quả hịa trộn giữa khơng khí và nhiên liệu. Nĩ đĩng gĩp vào việc giảm HC và khĩi đen trong khí thải. Với áp suất phun cao và hình dạng hình học tối ưu của lỗ tia kim phun giúp cho sự phun sương tơi nhiên liệu tốt hơn. Để ngăn ngừa muội than, lượng nhiên liệu phun ra phải được tính dựa vào lượng khí nạp. Điều này địi hỏi lượng khí nạp phải nhiều hơn từ 10 - 40 %. 2.3.4. Đặc tính phun của hệ thống Common Rail So với đặc điểm của hệ thống nhiên liệu cũ thì các yêu cầu sau đã được thực hiện dựa vào đường đặc tính phun lý tưởng : - Lượng nhiên liệu và áp suất nhiên liệu phun độc lập với nhau trong từng điều kiện hoạt động của động cơ (cho phép dễ đạt được tỉ lệ hỗn hợp A/F lí tưởng). - Lúc bắt đầu phun, lượng nhiên liệu phun ra chỉ cần một lượng nhỏ. Các yêu cầu trên đã được thỏa mãn bởi hệ thống Common Rail. Với đặc điểm phun hai lần : phun sơ khởi và phun chính. Hình. 2.4 : Đường đặc tính phun của hệ thống Common Rail. Hệ thống Common Rail là hệ thống thiết kế theo module, cĩ các thành phần - Kim phun điều khiển bằng van điện từ (solenoid) được gắn vào nắp máy. - Ống tích trữ nhiên liệu (ống phân phối áp lực cao). - Bơm cao áp (bơm tạo áp lực cao) Các thiết bị sau được sự hoạt động điều khiển của hệ thống : - ECU - Cảm biến tốc độ trục khuỷu. - Cảm biến tốc độ trục cam. - Các loại cảm biến khác. Về cơ bản, kim phun được nối với ống tích nhiên liệu áp suất cao (rail) bằng một đường ống ngắn. Kết hợp với đầu phun và van điện từ (solenoid) được cung cấp điện qua ECU. Khi van solenoid khơng được cấp điện thì kim ngừng phun. Nhờ áp suất phun khơng đổi, lượng nhiên liệu phun ra sẽ tỉ lệ với độ dài của xung điều khiển solenoid. Yêu cầu mở nhanh solenoid được đáp ứng bằng việc sử dụng điện áp cao và dịng lớn. Thời điểm phun được điều khiển bằng hệ thống điều khiển gĩc phun sớm. Hệ thống này dùng một cảm biến trên trục khuỷu để nhận biết tốc độ động cơ, và một cảm biến trên trục cam để nhận biết kỳ hoạt động. * Phun sơ khởi ( pilot injection ). Phun sơ khởi diễn ra sớm đến 90o trước điểm chết trên (ĐCT). Nếu thời điểm phun sơ khởi xuất hiện nhỏ hơn 400, nhiên liệu cĩ thể bám vào bề mặt của piston và thành xi lanh và làm lỗng dầu bơi trơn. Trong giai đoan phun sơ khởi, một lượng nhỏ nhiên liệu (1-4 mm3) được phun vào xy lanh để ‘’mồi’’. Kết quả là quá trình cháy được cải thiện và đạt được một số hiệu quả sau : Áp suất cuối quá trình nén tăng một ít nhờ vào giai đoạn phun sơ khởi và nhiên liệu cháy một phần. Điều này giúp giảm thời gian trễ cháy, sự tăng đột ngột của áp suất khí cháy và áp suất cực đại (quá trình cháy êm dịu hơn). Kết quả là giảm tiếng ồn của động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và trong nhiều trường hợp giảm được độ độc hại của khí thải. Quá trình phun sơ khởi gĩp phần gián tiếp vào việc tăng cơng suất động cơ. * Giai đoạn phun chính ( main injection ). Cơng suất đầu ra của động cơ phụ thuộc vào giai đoạn phun chính tiếp theo giai đoạn phun sơ khởi. Điều này cĩ nghĩa là giai đoạn phun chính giúp tăng lực kéo của động cơ. Với hệ thống Common Rail, áp suất phun vẫn giữ khơng đổi trong suốt quá trình phun. * Giai đoạn phun thứ cấp ( secondary injection ). Theo quan điểm xử lý khí thải, phun thứ cấp cĩ thể được áp dụng để đốt cháy NOx. Nĩ diễn ra sau ngay giai đoạn phun chính và được xác định để xảy ra trong quá trình giãn nở. Ngược lại so với quá trình phun sơ khởi và phun chính, nhiên liệu phun vào khơng được đốt cháy mà để bốc hơi nhờ vào sức nĩng của khí thải ở ống thải. Trong suốt kỳ thải hỗn hợp khí thải và nhiên liệu được đẩy ra ngồi hệ thống thốt khí thải thơng qua xupap thải. Tuy nhiên một phần của nhiên liệu được đưa lại buồng đốt thơng qua hệ thống luân hồi khí thải EGR và cĩ tác dụng tương tự như chính giai đoạn phun sơ khởi. Khi bộ hĩa khử được lắp để làm giảm NOx, chúng tận dụng nhiên liệu trong khí thải như là một nhân tố hĩa học để làm giảm nồng độ NOx  trong khí thải. 2.4. KẾT CẤU HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV Kết cấu hệ thống nhiên liệu Common Rail của động cơ 2KD-FTV chia thành hai vùng : Vùng áp suất thấp và vùng áp suất cao. 2.4.1. Vùng áp suất thấp Vùng áp suất thấp cĩ nhiệm vụ đưa nhiên liệu lên vịng cao áp, bao gồm các bộ phận : + Thùng chứa nhiên liệu. + Các đường ống nhiên liệu áp suất thấp + Lọc nhiên liệu. 2.4.1.1 Bình chứa nhiên liệu Bình chứa nhiên liệu phải làm từ vật liệu chống ăn mịn và giữ cho khơng bị rị rỉ ở áp suất gấp đơi áp suất hoạt động bình thường. Van an tồn trong bình phải được lắp để khi áp suất quá cao cĩ thể tự thốt ra ngồi. Nhiên liệu cũng khơng được rị rỉ ở cổ nối với bình lọc nhiên liệu hay ở thiết bị bù áp suất khi xe rung xĩc nhỏ, cũng như khi xe vào đường vịng hoặc dừng hay chạy trên đường dốc. Bình nhiên liệu và động cơ phải đặt xa nhau để khi tai nạn xảy ra khơng cĩ nguy cơ cháy nổ. 2.4.1.2. Đường nhiên liệu áp suất thấp Đường ống nhiên liệu mềm được bọc thép thay thế cho đường ống bằng thép và được dùng trong ống áp suất thấp, như đường ống nhiên liệu từ bình chứa nhiên liệu tới bơm cao áp. Tất cả các bộ phận mang nhiên liệu phải được bảo vệ khỏi tác động của nhiệt độ. 2.4.1.3. Lọc nhiên liệu Sự làm việc lâu dài làm cho hiệu quả của bơm cung cấp nhiên liệu cũng như vịi phun và bơm phân phối phụ thuộc vào chất lượng lọc của lọc nhiên liệu. * Nhiệm vụ của bầu lọc tinh : Bầu lọc tinh lọc tạp chất cơ học cĩ kích thước 0,002¸0,003 mm ra khỏi nhiên liệu (trong khi đĩ khe hở xy lanh và piston bơm 0,0025mm) nên bầu lọc đảm bảo cho hệ thống làm việc tốt. Hình. 2.5 : Bình lọc nhiên liệu. 1- Đường ống vào ; 2- Bơm tay ; 3- Cơng tắc cảnh báo bình lọc ; 4- Đường ra ; 5- Vành đai ốc ; 6- Lõi lọc nhiên liệu ; 7- Vỏ ; 8- Cơng tắc cảnh báo mức nước lắng đọng ; 9- Vít xả khí Bình lọc này gồm cĩ vỏ 7 làm bằng nhựa, lõi lọc 6 gồm các phiến lọc làm bằng sợi bơng, bao lụa và lưới lọc để lọc tạp chất bẩn trong nhiên liệu, bơm tay 2 để bơm xả khơng khí khi bình chứa nhiên liệu bị cạn, thay lọc nhiên liệu hoặc khơng khí bị lọt vào trong ống dẫn nhiên liệu, cơng tắc cảnh báo lọc nhiên liệu 3 để cảnh báo bình lọc nhiên liệu khi cĩ sự cố (như tắc bộ lọc), vành đai ốc 5 dùng để bắt chặt nắp đậy vỏ và lõi lọc với nhau, cơng tắc cảnh báo mức nước lắng đọng 8 và vít xã nước lắng đọng. Nhiên liệu từ bình chứa vào bình lọc từ ống 1 đến đường ống 10 nằm phía dưới nắp đậy được nối thơng với khoang A nhiên liệu từ khoang A đi qua lõi lọc 6 tại đây tạp chất bẩn tách khỏi nhiên liệu và lắng đọng xuống dưới đáy khoang A nhiên liệu lọc sạch đi vào khoang B và đi ra đến bơm cao áp từ đầu nối 4 , nhiên liệu bẩn được xả ra từ vít 9 ra khỏi bình lọc. Hình.2.6 : Sơ đồ mạch điện cơng tắc cảnh báo lọc NL Trong bình lọc nhiên liệu của của hệ thống Common Rail lõi lọc làm sợi bơng. Một bộ lọc nhiên liệu khơng thích hợp cĩ thể dẫn đến hư hỏng cho các thành phần của bơm, van phân phối và kim phun. Bộ lọc nhiên liệu làm sạch nhiên liệu trước khi đưa đến bơm cao áp, và do đĩ ngăn ngừa sự mài mịn nhanh của các chi tiết bơm. Nước xâm nhập vào hệ thống nhiên liệu cĩ thể làm hư hỏng hệ thống ở dạng ăn mịn. Vì vậy bình lọc này cĩ gắn cơng tắc cảnh báo nước lắng đọng để báo mức nước quá giới hạn cho phép của bình lọc, để xả nước ra khỏi bình lọc và bình lọc này cũng cĩ gắng cơng tắc cảnh báo lọc nhiên liệu, báo khi bình lọc tắc nghẽn làm cho hệ thống nhiên liệu làm việc ổn định và an tồn hình. 2.6 là sơ đồ làm việc các cơng tắc bộ lọc với ECU. 2.4.2. Vùng áp suất cao Vùng áp suất cao của hệ thống Common Rail động cơ 2KD-FTV cĩ nhiệm vụ tạo ra một áp suất cao khơng đổi trong đường ống tích luỹ áp suất và phun nhiên liệu vào buồng cháy động cơ, bao gồm : - Bơm cao áp với van điều khiển áp suất. - Đường ống nhiên liệu áp suất cao, tức ống phân phối đĩng vai trị của bộ tích áp suất cao cùng với cảm biến áp suất nhiên liệu, van giới hạn áp suất, kim phun và đường ống dầu về. 2.4.2.1. Bơm cao áp Bơm cao áp cĩ nhiệm vụ tạo ra nhiên liệu cĩ áp suất cao cho quá trình phun. Bơm này được lắp đặt trên một ngăn của hệ thống. Nhiên liệu sau khi ra khỏi bơm cao áp được vận chuyển vào bộ phận tích luỹ cao áp. Bơm cao áp tạo áp lực nhiên liệu đến một áp suất lên đến 180MPa. Bơm cao áp được lắp đặt tốt nhất ngay trên động cơ như ở hệ thống nhiên liệu của bơm phân phối loại cũ. Nĩ được dẫn động bằng động cơ (tốc độ quay bằng 1/2 tốc độ động cơ, nhưng tối đa là 8000 vịng/phút) thơng qua khớp nối bằng bánh răng với động cơ và được bơi trơn bằng chính nhiên liệu nĩ bơm. Van điều khiển áp suất được lắp trên bơm Bên trong bơm cao áp nhiên liệu được nén bằng 2 piston bơm được bố trí đối xứng. Do 2 bơm piston hoạt động luân phiên trong một vịng quay tạo được áp suất cao và liên tục nhiên liệu đến ống phân phối và cách đặt bơm như vậy chỉ làm tăng nhẹ lực cản của bơm. Do đĩ ứng suất trong hệ thống dẫn động vẫn giữ đồng bộ. Điều này cĩ nghĩa hệ thống Common Rail đặt ít tải trọng lên hệ thống truyền động hơn so với hệ thống cũ. Cơng suất yêu cầu để dẫn động bơm rất nhỏ và tỉ lệ với áp suất trong đường ống phân phối và tốc độ bơm. 11 11 1- Cam khơng đồng trục và cam vịng ; 2- Lị xo hồi của piston bơm ; 3- Piston bơm ; 4- Van một chiều ; 5- Van hút ; 6- Van đẩy ; 7- Đường nhiên liệu đến ống phân phối ; 8- Đường nhiên liệu vào ; 9- Bơm nạp ; 10- Van SCV ; 11- Trục bơm. Hình 2.7 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động bơm cao áp. Bơm nạp đưa nhiên liệu từ bình chứa qua bộ lọc đến đường dầu vào bơm cao áp được lắp trực tiếp trên bơm. Nĩ đẩy nhiên liệu qua van SCV đến hai piston của bơm cao áp, cùng trục với bơm cao áp. Nhiên liệu được đưa vào hai piston bơm cao áp ít hay nhiều phụ thuộc vào van SCV dưới sự điều khiển của ECU. Nhiên liệu dư của bơm nạp đi qua van và theo đường dầu hồi trở về bình chứa Trục của bơm cao áp cĩ các cam lệch tâm làm di chuyển 2 piston lên xuống tùy theo hình dạng các vấu cam làm cho 2 piston hút nén đối xứng nhau. Van nạp mở ra nhiên liệu từ bơm nạp qua van SCV được hút vào bơm piston của bơm cao áp tại đây nhiên liệu được nén dưới áp suất cao khi piston lên tới điểm chết trên, áp suất nhiên liệu thắng lực lị xo của van nén, nhiên liệu thốt ra ngồi đến ống phân phối. Piston tiếp tục phân phối cho đến khi nĩ đi đến điểm chết trên (ĐCT), sau đĩ do áp suất bị giảm xuống nên van nén đĩng lại. Khi áp suất trong buồng bơm của thành phần bơm giảm xuống thì van nạp mở ra và quá trình lặp lại lần nữa. Bơm cao áp phân phối lượng nhiên liệu tỷ lệ với tốc độ quay của nĩ. Và do đĩ, nĩ là một hàm của tốc độ động cơ. Trong suốt quá trình phun, tỉ số truyền được tính sao cho một mặt thì lượng nhiên liệu mà nĩ cung cấp khơng quá lớn, mặt khác các yêu cầu về nhiên liệu vẫn cịn đáp ứng trong suốt chế độ hoạt động. Tùy theo tốc độ trục khuỷu mà tỉ số truyền là : 1: 2 hoặc 1:3. Đĩ là nguyên lý làm việc chung của bơm cao áp, sau đây ta nguyên cứu vào cấu tạo, nguyên lý làm việc của một số chi tiết trong bơm cao áp gồm : Bơm piston, bơm nạp, cảm biến áp suất nhiên liệu. 2.4.2.1.1. Bơm piston Bơm piston của bơm cao áp làm nhiệm vụ bơm nhiên liệu áp suất cao đến ống phân phối, lượng nhiên liệu được bơm ít hay nhiều phụ thuộc vào van SCV. Bơm gồm hai piston A , B đặt đối xứng nhau , hai piston này được đẩy lên nhờ cam vịng 8 và cam khơng đồng trục 1, hành trình đi xuống của piston nhờ lị xo 2. Khi Piston A đi xuống nhờ lực đẩy của lị xo 2, van 6 đĩng lại, van 5 mở ra nhờ độ chân khơng phía trên piston nhiên liệu được nạp vào khơng gian này cho đến khi piston nằm ở vị trí thấp nhất. Piston đi lên nhờ cam vịng 8 quay lệch tâm với cam lệch tâm 1(cam khơng đồng trục) thì nhiên liệu ở khoảng khơng gian phía trên piston bị nén tăng áp suất, đẩy mở van bơm 6 nhiên liệu áp suất cao đi vào đường ống cao áp đến ống phân phối, đồng thời van 5 đĩng lại khơng cho nhiên liệu trở lại bơm nạp. Piston B đặt đối xứng với piston A nên khi piston A đi xuống thực hiện quá trình hút thì piston B đi lên thực hiện quá trình nén và bơm nhiên liệu đến ống phân phối, hai bơm làm việc luân phiên hút và nén nhiên liệu, bơm nhiên liệu đến ống phân phối dưới áp cao và ổn định. 1- Cam khơng đồng trục ; 2- Lị xo bơm piston ; 3- Piston ; 4- Van một chiều ; 5- Van hút ; 6- Van Bơm ; 7- Lị xo van một chiều ; 8- Cam vịng Hình 2.8 :Bơm piston Lượng nhiên liệu , áp suất nhiên liệu tạo ra của bơm dưới sự điều khiển của van SCV quá trình hoạt động của van SCV ảnh hưởng tới bơm. 2.4.2.1.2. Bơm nạp Bơm nạp làm nhiệm vụ hút nhiên liệu từ bình chứa đến bơm piston của bơm cao áp, được lắp trực tiếp trên bơm cao áp, trục cùng trục với bơm cao áp 1- Rơto bị động ; 2- Rơto chủ động ; 3- Trục bơm ; 4- Khoang xả ; 5- Lỗ hút ; 6- Lỗ xả ; 7- Khoang hút Hình 2.9 : Sơ đồ nguyên lý làm việc của bơm nạp. Bơm được cấu tạo bởi 2 rơto bánh răng, rơto bánh răng trong chủ động 2 , rơto ngồi bị động 1, rơto trong cĩ 2 khoang hút 7 và khoang xả 6. Khi trục điều khiển 3 quay làm rơto bánh răng ngồi bị động 1 quay cùng với rơto chủ động 2 quay theo trục, nhưng vì rơto bị động đặt lệch tâm cho nên khoảng trống giữa hai rơto thay đổi khi rơto quay làm tiết diện khoang hút tăng nhiên liệu hút từ bình chứa nhiên liệu qua bộ lọc qua lỗ hút 5 vào khoang hút rồi đẩy qua khoang xả, tiết diện khoang xả giảm nhiên liệu xả ra qua lỗ xả 4 với một áp suất cố định, nhiên liệu áp suất cố định cấp đến bơm piston của bơm cao áp. 2.4.2.1.3. Van SCV Van SCV làm nhiệm vụ định lượng, lượng nhiên liệu đưa vào bơm piston của bơm cao áp từ bơm nạp dưới sự điều khiển của ECU đồng thời cịn làm nhiệm vụ điều khiển áp suất trong ống phân phối, dưới hình là sơ đồ điều khiển của ECU đối với van SCV. ECU nhận tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiên liệu từ ống phân phối, cảm biến trục khuỷu và cảm biến vị trí bàn đạp ga, ECU tính tốn áp suất phun lý tưởng rồi gửi tín hiệu đến van SCV để điều khiển độ mở của van. Lượng nhiên liệu tăng hay giảm đi vào bơm piston phụ thuộc vào áp suất phun lý tưởng của động cơ. Hình. 2.10 : Sơ đồ điểu khiển ECU với SCV. 1- Van kim ; 2- Lị xo mở ; 3- Van trượt ; 4- Lõi sắt ; 5- Nam châm điện ; A- Khoang chứa nhiên liệu vào B. Khoang nhiên liệu ra. Hình . 2.11 : Van SCV. Van SCV gồm một van kim 1 đĩng mở cho nhiên liệu đi qua vào van trượt 3, lị xo mở 2, lõi sắt từ 4 và nam châm điện 5 Khi van SCV chưa hoạt động áp suất nhiên liệu của bơm nạp khơng đủ thắng lực lị xo 2 để mở van kim 1 cho nhiên liệu đi vào. Khi ECU tính tốn áp suất phun lý tưởng sẽ kích hoạt cho một dịng điện đến nam châm điện 5 của van SCV sinh ra từ tường hút lõi sắt từ 4 làm giảm lực bổ sung cho lị xo 2 khi ấy áp suất nhiên liệu thắng lực lị xo 2 mở van 1 khi đĩ nhiên liệu từ khoang A sẽ đến khoang B đi ra đến cung cấp cho bơm piston của bơm cao áp. Lượng nhiên liệu hút vào tăng hay giảm tuỳ thuộc vào cường độ dịng điện đi qua van, nếu dịng đến SCV trong một thời gian dài thì cường độ trung bình của dịng điện chạy đến cuộn dây tăng khi đĩ van 1 được mở rộng hơn lượng nhiên liệu hút tăng, cịn nếu dịng đến SCV trong một thời gian ngắn, cường độ trung bình của dịng điện chạy đến cuộn dây giảm khi đĩ lực lị xo đẩy van 1 đĩng lại mở hẹp đi. Do đĩ lượng nhiên liệu hút giảm. 2.4.2.2. Ống trữ nhiên liệu áp suất cao ( ống phân phối ) Ngay cả khi kim phun lấy nhiên liệu từ ống phân phối để phun thì áp suất nhiên liệu trong ống vẫn khơng đổi. Điều này thực hiện nhờ sự co giãn của nhiên liệu. Áp suất nhiên liệu được đo bằng cảm biến áp suất trên ống phân phối và được duy trì bởi van điều khiển áp suất nhằm giới hạn áp suất tối đa là 180 MPa. 1- Ống Rail ; 2- Cảm biến áp suất ; 3- Đầu nối với nhiên liệu cao áp từ bơm cao áp ; 4- Đầu nối cao áp với vịi phun ; 5- Van ổn định áp suất ; 6- Đường hồi nhiên liệu Hình. 2.12 : Cấu tạo ống tích trữ nhiên liệu cao áp. Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao dùng để chứa nhiên liệu áp suất cao. Đồng thời, sự dao động của áp suất cao do bơm cao áp tạo ra sẽ được giảm chấn bởi thể tích của ống. Ống tích trữ áp suất cao này dùng chung cho tất cả các xi lanh. Do đĩ tên nĩ là ‘’ đường ống chung ‘’ (Common Rail). Ngay cả khi một lượng nhiên liệu mất đi khi phun, ống vẫn duy trì áp suất thực tế bên trong khơng đổi. Điều này đảm bảo cho áp suất phun của kim khơng đổi từ khi kim mở. Để thích hợp với các điều kiện lắp đặt khác nhau trên động cơ, ống phải được thiết kế với nhiều kiểu để phù hợp với bộ hạn chế dịng chảy và dự phịng chỗ để gắn các cảm biến, van điều khiển áp suất, van hạn chế áp suất. Thể tích bên trong của ống thường xuyên được điền đầy bằng nhiên liệu cĩ áp suất. Khả năng nén của nhiên liệu được tận dụng để tạo hiệu quả tích trữ. Khi nhiên liệu rời khỏi ống để phun ra thì áp suất thực tế trong bộ tích trữ nhiên liệu áp suất cao vẫn được duy trì khơng đổi. Sự thay đổi áp suất là do bơm cao áp thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp để bù vào phần nhiên liệu vừa phun. Trên ống Rail cĩ lắp cảm biến áp suất theo dõi áp suất nhiên liệu trong ống đồng thời làm tín hiệu gửi về ECU tính tốn và một van giới hạn áp suất nhiên liệu trong ống, khi áp suất nhiên liệu vượt qua giới hạn cho phép trong ống van 180 MPa sẽ mở cho nhiên liệu chảy về bình chứa theo đường dầu hồi. 2.4.2.2.1. Van giới hạn áp suất Hình 2.13 : Van giới hạn áp suất. 1- Đế van ; 2- Thân van ; 3- Lị xo van ; 4- Piston 5- Lỗ dầu ; 6- Van ; 7- Đường dầu vào cao áp ; 8- Đường dầu hồi Van giới hạn áp suất là một thiết bị cơ khí gồm các thiết bị sau : - Phần cĩ ren ngồi để lắp vào ống. - Một piston di chuyển. - Một lị xo. Tại phần cuối chỗ nối với ống cĩ một buồng với một đường dẫn dầu cĩ phần đuơi hình cơn mà piston đi xuống sẽ làm kín bên trong buồng. Ở áp suất hoạt động bình thường (tối đa là 180MPa), lị xo đẩy piston xuống làm kín ống. Khi áp suất của hệ thống vượt quá mức, piston bị đẩy lên trên do áp suất của dầu trong ống thắng lực căng của lị xo. Nhiên liệu cĩ áp suất cao được thốt ra thơng qua van và đi vào đường dầu trở lại bình chứa. Khi van mở, nhiên liệu rời khỏi ống vì vậy áp suất trong ống giảm xuống, van sẽ đĩng lại khi áp suất trở lại mức xấp xỉ 30 MPa . 2.4.2.2.2. Cảm biến áp suất nhiên liệu Cảm biến áp suất ống đo áp suất tức thời trong ống phân phối và báo về ECU với độ chính xác thích hợp và tốc độ đủ nhanh. Nhiên liệu chảy vào cảm biến áp suất đường ống thơng qua một đầu mở và phần cuối được bịt kín bởi màng cảm biến. Thành phần chính của cảm biến là một thiết bị bán dẫn gắn trên màng cảm biến, dùng để chuyển áp suất thành tín hiệu điện. Tín hiệu do cảm biến tạo ra được đưa vào mạch khuếch đại tín hiệu và đưa đến ECU. Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc : - Khi màng biến dạng thì lớp điện trở đặt trên màng sẽ thay đổi giá trị. Sự biến dạng (khoảng 1 mm ở áp suất 180 MPa ) là do áp suất tăng lên trong hệ thống, sự thay đổi điện trở dẫn đến sự thay đổi điện thế ở mạch cầu điện trở. - Điện áp thay đổi trong khoảng 0-70 mV (tùy thuộc áp suất tác động) và được khuếch đại bởi mạch khuếch đại đến 0,5 V- 4.5V. Hình 2.14. Cảm biến áp suất trên ống phân phối. 1- Mạch điện ; 2- Màng so ; 3- Màng của phần tử cảm biến; 4 - Ống dẫn áp suất; 5- Ren lắp ghép. Việc kiểm sốt một cách chính xác áp suất của ống là điều bắt buộc để hệ thống hoạt động đúng. Đây cũng là nguyên nhân tại sao cảm biến áp suất ống Rail phải cĩ sai số nhỏ trong quá trình đo. Trong dải hoạt động của động cơ, độ chính xác khi đo đạt khoảng 2%. Nếu cảm biến áp suất ống bị hỏng thì van điều khiển áp suất sẽ được điều khiển theo giá trị định sẵn trong ECU. 2.4.2.3. Vịi phun Vịi phun của động cơ 2KD-FTV sử dụng vịi phun kín, thời điểm phun và lượng phun được điều khiển bằng van điện từ dưới sự điều khiển của ECU. Hoạt động của vịi phun cĩ thể chia làm 4 giai đọan chính khi động cơ làm việc và bơm cao áp tạo ra áp suất cao : - Kim phun đĩng (khi cĩ áp lực dầu tác dụng). - Kim phun mở (bắt đầu phun). - Kim phun mở hồn tồn. - Kim phun đĩng (kết thúc phun). Các giai đoạn hoạt động là kết quả của sự phân phối lực tác dụng lên các thành phần của kim phun. Khi động cơ dừng lại và khơng cĩ áp suất trong ống phân phối, lị xo kim đĩng kim phun. Hình 2.15: Kết cấu vịi phun. 1- Lỗ phun ; 2- Kim phun ; 3- Khoang chứa Diesel kim phun ; 4- Lị xo ; 5- Piston điều khiển ; 6- Đầu nối ống dầu hồi ; 7- Khoang điều khiển ; 8- Van từ ; 9- Cuộn dây từ ; 10- Lỗ tiết lưu ;11- Đầu nối đường ống cao áp ; 12- Thân vịi phun ; 13- Ecu ;14- Đầu nối đến EDU ;15- Đường dầu vào ; 16- Đường dầu hồi ; 17- Lỗ xả ; 18- Lị xo ĩ Kim phun đĩng (ở trạng thái nghỉ): Nhiên liệu từ Rail đến vịi và theo đường ống dẫn sẽ đi đến buồng điều khiển 7 thơng qua tiết lưu 10 buồng điều khiển được nối với đường dầu về thơng qua lỗ xả 17 được điều khiển bởi van từ 8(solenoid). Khi khơng cĩ dịng điện chạy đến cuộn dây từ 9 thì lực lị xo 18 lớn hơn áp suất trong buồng điều khiển, do đĩ van từ 8 bị đẩy xuống đĩng lỗ xả 17 lại, vì thế áp suất tác dụng lên piston điều khiển 5 và nén lị xo 4 cao hơn áp suất dầu tại thân ty kim 2. Kết quả là kim bị đây xuống dưới và làm kín lỗ phun với buồng đốt. ĩ Khi kim phun mở ( bắt đầu phun ). Khi cuộn dây từ cĩ dịng điện, lực hấp dẫn của cuộn dây từ sẽ kéo van từ 8 lên trên lỗ xả 17 mở nhiên liệu chảy ra. Điều này làm cho áp suất ở buồng điều khiển giảm xuống, kết quả là áp lực tác dụng lên piston điều khiển cũng giảm theo. Khi áp suất trên piston điều khiển giảm xuống thấp hơn áp suất tác dụng lên ty kim, thì áp suất tại ty kim thắng lực ép lị xo 4 cho kim phun mở ra và nhiên liệu phun vào buồng đốt qua các lỗ phun. ĩ Kim phun mở hồn tồn: Nhiên liệu qua đầu ra rồi chảy bên dưới ống rị nhiên liệu và piston điều khiển, nâng piston lên và tăng cường phản ứng đĩng mở cửa miệng. Khi dịng điện tiếp tục tác dụng lên cuộn dây từ, kim phun lên cao nhất làm cho tốc độ phun đạt mức cao nhất (kim phun mở hồn tồn) ĩ Kim phun đĩng (kết thúc phun ). Khi dịng điện qua van điện từ bị ngắt, lị xo đẩy van từ đi xuống và van từ đĩng lỗ xả lại. lỗ xả đĩng đã làm cho áp suất trong buồng điều khiển van tăng lên thơng qua lỗ nạp. Áp suất này tương đương với áp suất trong ống và làm tăng lực tác dụng lên đỉnh piston điều khiển. Lực này cùng với lực của của lị xo bây giờ cao hơn lực tác dụng của buồng chứa và ty kim đĩng lại. Tốc độ đĩng của ty kim phụ thuộc vào dịng chảy của nhiên liệu qua lỗ nạp . ỉ Đầu kim phun: Thiết kế của đầu phun được quyết định bởi : - việc kiểm sốt nhiên liệu phun ra (thời điểm và lượng nhiên liệu phun theo gĩc độ trục cam). - việc điều khiển nhiên liệu (số lỗ tia, hình dạng nhiên liệu phun ra và sự phun sương tơi nhiên liệu, sự phân phối nhiên liệu trong buồng cháy, mức độ làm kín buồng cháy). Hiện nay cĩ hai loại đầu phun dùng cho Common Rail : Đầu phun lỗ tia hở và đầu phun lỗ tia kín. Lỗ tia phun được định vị nhờ vào hình nĩn phun. Số lượng lỗ tia và đường kính của chúng dựa vào : - Lượng nhiên liệu phun ra. - Hình dạng buồng cháy. - Sự xốy lốc trong buồng cháy. Đối với cả hai loại lỗ tia hở và lỗ tia kín thì phần cạnh của lỗ tia cĩ thể được gia cơng bằng phương pháp ăn mịn hydro nhằm mục đích ngăn ngừa sự mài mịn sớm của cạnh lỗ tia gây ra bởi các phần tử mài mịn và giảm sai lệch dung lượng phun. Để giảm lượng hydrocacbon thải ra, thể tích nhiên liệu điền đầy ở đầu của tia kim cần thiết phải giữ ở mức độ nhỏ nhất. Việc này được thực hiện tốt nhất với loại đầu phun loại tia kim. Lỗ tia của loại này được sắp xếp quanh một lỗ bao. Trong trường hợp đỉnh của đầu phun hình trịn, hay tùy thuộc vào loại thiết kế, lỗ tia được khoan bằng cơ khí hay bằng máy phĩng điện (EDM- Electrical-Discharge Machine). Lỗ tia với đỉnh của đầu phun hình nĩn thì luơn được khoan bằng phương pháp EDM. Đầu phun lỗ tia hở cĩ thể được dùng với các loại lỗ bao với kích thước khác nhau như lỗ bao hình trụ và lỗ bao hình nĩn. Đầu phun của vịi phun động cơ 2KD-FTV sử dụng đầu phun lỗ tia hở cĩ 6 lỗ phun cĩ đường kính 0.14 mm cấu tạo như sau : Hình 2.16 : Cấu tạo đầu kim phun lỗ tia hở. 1- Lỗ phun ; 2- Đầu kim ; 3- Thân kim ; 4- Kim phun ; 5- Buồng áp suất 6- Trục định hướng ; 7- Đường dầu vào ; 8- Ecu ; 9- Đế thân kim ỉ Mạch điều khiển phun nhiên liệu EDU. EDU làm nhiệm vụ khởi động cao các vịi phun. EDU là thiết bị dùng điện thế cao bộ đơi DC/DC để mở các van từ với tốc độ cao . Các tín hiệu điều khiển : + IJt#1 đến 4 : Đầu vào cho các tín hiệu khởi động vịi phun từ ECU động cơ + IJf : Đầu ra cho các tín hiệu kiểm tra khởi động vịi phun (đến ECU động cơ) + COM : Đầu ra cao áp để tạo ra dịng khơng đổi đến các vịi phun. + IJ #1 đến 4 : Đầu ra để khởi động các vịi phun. + 1 Mạch cao thế. + 2 Mạch điều khiển. Hình 2.17 . Sơ đồ mạch điều khiển phun nhiên liệu Thiết bị phát điện áp cao sẽ chuyển điện áp ắc quy thành điện áp cao cho ra đầu COM ổn định và khơng đổi đến vịi phun. ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến truyền đến xử lý rồi truyền tín hiệu đến đầu nối B thơng qua E của EDU, mạch điều khiển EDU nhận tín hiệu này và xử lý truyền tín hiệu đến vịi phun từ đầu nối H thơng qua K, khởi động vịi phun. Khi vịi phun khởi động EDU sẽ truyền tín hiệu xác định phun IJf đến ECU thơng qua F, ECU nhận tín hiệu này sẽ kết thúc quá trình phun. ỉ Điều khiển phun nhiên liệu ECU và EDU. Quá trình điều khiển ECU và EDU này điều khiển thời gian và lượng nhiên liệu phun chính xác vào động cơ. ECU thực hiện những tính tốn cần thiết dựa vào những tín hiệu nhận được từ các cảm biến. Sau đĩ ECU điều khiển khoảng thời gian dịng tác dụng lên các vịi phun để đạt thời gian và lượng phun nhiên liệu tối ưu. Các loại điều khiển phun nhiên liệu như sau : + Điều khiển lượng phun nhiên liệu : Hiệu chỉnh tín hiệu tốc độ động cơ (NE) và vị trí bàn đạp ga (VPA). + Điều khiển thời gian phun nhiên liệu : Hiệu chỉnh tín hiệu tốc độ động cơ (NE) và vị trí bàn đạp ga (VPA). + Điều khiển tỉ lệ phun nhiên liệu : Hiệu chỉnh tỉ lệ phun nhiên liệu từ cảm biến van đường nạp (VLU) trong một thời gian nào đĩ. + Điều khiển áp suất phun : Sử dụng cảm biến áp suất ống phân phối đo áp suất nhiên liệu, rồi truyền dữ liệu này đến ECU động cơ để điều khiển lượng nhiên liệu bơm. + Điều khiển thời điểm phun : Hiệu chỉnh từ tín hiệu vị trí cam G, NE và VPA ĩ Điều khiển lượng phun nhiên liệu : ECU tính tốn lượng phun cơ bản dựa vào điều kiện của động cơ bằng cách điều chỉnh lượng phun cơ bản cho phù hợp với nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ nhiên liệu, nhiệt độ khơng khí vào và áp suất khơng khí vào. Cách tính lượng phun : Khi tính cần so sánh hai giá trị sau : + Lượng phun nhiên liệu cơ bản theo mẫu của bộ điều tốc, tính theo vị trí chân ga và tốc độ động cơ. + Lượng phun nhiên liệu điều chỉnh từ lượng phun tối đa dựa vào tốc độ động cơ. Trong hai trường hợp này, lượng nhỏ hơn làm cơ sở cho lượng phun nhiên liệu cuối cùng. VPA NE Lượng phun cơ bản Lượng phun tối đa Lượng phun nhỏ Lượng phun cuối EDU tính chọn lượng phun Hiệu chỉnh lượng phun cho1xylanh Hiệu chỉnh tốc độ động cơ HIệu chỉnh áp suất phun Lượng phun cơ bản : Lượng phun nhiên liệu cơ bản do tốc độ động cơ NE và gĩc chân ga quyết định. Khi tốc độ động cơ khơng đổi, tăng gĩc chân ga sẽ làm tăng lượng nhiên liệu phun. Lượng phun nhiên liệu tối đa : Lượng phun nhiên liệu tối đa được tính bằng cách cộng các lượng điều chỉnh từ lượng phun tối đa cơ bản do tốc độ động cơ quyết định. Các lượng điều chỉnh đĩ là : Điều chỉnh áp suất khơng khí vào, điều chỉnh nhiệt độ khơng khí vào, điều chỉnh áp suất khơng khí, và điều chỉnh lượng phun nhiên liệu tối đa khi động cơ nguội. Lượng phun ban đầu : Lượng phun ban đầu được tính từ khi bật bộ khởi động dựa trên lượng phun ban đầu cơ bản và thời gian bộ khởi động bật. Lượng phun nhiên liệu cơ bản giảm, lượng tăng, và giảm sẽ thay đổi theo nhiệt độ chất làm mát và tốc độ động cơ. ĩ Điều khiển thời gian phun : Thời gian phun được điều khiển theo thời gian dịng tác dụng lên vịi phun Điều khiển thời gian phun chính thức và thời gian phun thử nghiệm. + Thời gian phun chính thức : Thời gian phun cơ bản được tính từ tốc độ động cơ và lượng phun cuối cùng (đã điều chỉnh) để quyết định thời gian phun chính tối ưu. + Thời gian phun thử nghiêm : Thời gian phun thử nghiệm được tính bằng cách cộng quãng thử nghiệm vào thời gian phun chính thức. Quãng thử nghiệm được tính từ lượng phun cuối cùng, tốc độ động cơ, nhiệt độ chất làm mát, nhiệt độ khơng khí và áp suất khơng khí nạp. Khi động cơ khởi động, quãng thử nghiệm được tính từ nhiệt độ chất làm mát và tốc độ động cơ. Hiệu chỉnh Thời gian phun cơ bản Thời gian phun chính Thời gian phun thử nghiệm NE Lượng phun Hiệu chỉnh điện áp Hiệu chỉnh áp suất khơng khí vào Hiệu chỉnh nhiệt độ khơng khí vào Hiệu chỉnh nhiệt độ nước làm mát ĩ Điều khiển áp suất phun. ECU tính tốn áp suất phun nhiên liệu do lượng phun cuối cùng và tốc độ động cơ quyết định. Áp suất phun khi khởi động được tính từ nhiệt độ chất làm mát và tốc độ động cơ. Đồ thị quan hệ giữa áp suất ống phân phối (1), tốc độ động cơ (2), lượng phun cuối cùng (3). Như trên đồ thị ta thấy khi tốc độ động cơ tăng lượng phun tăng theo làm áp suất phun tăng. Áp suất trong ống phân phối điều khiển bởi van SCV phụ thuộc vào tốc độ động cơ. ĩ Điều khiển tỉ lệ phun nhiên liệu. Việc điều khiển tỉ lệ phun nhiên liệu dựa vào cảm biến vị trí van cắt đường nạp trong một khoảng thời gian nhất định. Bởi vì động cơ diesel khác so với động cơ xăng. Động cơ xăng khơng khí nạp phu thuộc hồn tồn vào vị trí bướm ga, ngược lại động cơ diesel lại khơng phụ thuộc hồn tồn vào vị trí van cắt đường nạp mà chỉ phụ thuộc một khoảng nhất định vì động cơ diesel tự tạo ra dịng khí trong buồng đốt để hồ trộn nhiên liệu. 3. Các cảm biến trong hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV 3.1. Cảm biến vị trí bàn đạp ga Cảm biến vị trí của bàn đạp ga biến đổi mức đạp xuống của bàn đạp ga (gĩc) thành một tín hiệu điện được chuyển đến ECU động cơ. Dùng làm tín hiệu để điều khiển lượng phun nhiên liệu, và thời gian phun nhiên liệu. 1 2 3 Hình. 3.1. Cảm biến bàn đạp ga. 1- Phần tử IC Hall ; 2- Nam châm ; 3- Cần bàn đạp ga V Hình. 3.2. Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga. Cảm biến vị trí bàn đạp ga gồm các nam châm điện (2) lắp trên trục cần bàn đạp ga (3) quay cùng với sự biến đổi gĩc của cần bàn đạp ga. Khi cần bàn đạp ga đạp xuống (biến đổi gĩc) thì nam châm quay cùng trục cần cĩ nghĩa là thay đổi vị trí của chúng. Vào lúc đĩ, IC Hall phát hiện sự thay đổi từ thơng gây ra bỡi sự thay đổi vị trí nam châm và tạo ra điện áp ra của hiệu ứng Hall từ cực VPA1 và VPA2 theo mức thay đổi này. Vị trí cực VCP1, VCP2 là vị trí mở hồn tồn, EP1, EP2 vị trí đĩng hồn tồn Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu đạp ga. Cảm biến này khơng chỉ phát hiện chính xác thay đổi vị trí bàn đạp ga, mà cịn sử dụng phương pháp khơng tiếp điểm và cĩ cấu tao đơn giản, vì thế nĩ khơng dễ bị hỏng ,giảm việc chỉnh cần ga như chân ga cổ điển. 3.2. Cảm biến vị trí trục khuỷu NE Hình 3.3. Cảm biến vị trí trục khuỷu. 1- Lõi sắt ; 2- Cuộn dây ; 3- Bộ tạo từ trường ; 4- Nam châm. Đĩa tạo tín hiệu NE được làm liền với puly trục khuỷu và cĩ 34 răng, 2 răng khuyết (khu vực 2 răng khuyết này là dùng để phát hiện tín hiệu được tạo ra do sự chuyển động quay của một răng ta sẽ xác định được 100 của gĩc quay trục khuỷu). Chuyển động quay của đĩa tạo tín hiệu sẽ làm làm thay đổi khe hở khơng khí giữa các răng của đĩa và cuộn nhận tín hiệu NE, điều đĩ tạo ra tín hiệu NE. ECU sẽ xác định khoảng thời gian phun cơ bản và lượng phun cơ bản dựa vào tín hiệu này. Khi răng càng ra xa cực nam châm thì khe hở khơng khí càng lớn, nên từ trở cao, do đĩ từ trường yếu đi. Tại vị trí đối diện, khe hở nhỏ, nên từ trường mạnh, tức là cĩ nhiều đường sức từ cắt, trong cuộn dây sẽ xuất hiện một dịng điện xoay chiều, đường sức qua nĩ càng nhiều, thì dịng điện phát sinh càng lớn. Tín hiệu sinh ra thay đổi theo vị trí của răng, và nĩ được ECU đọc xung điện thế sinh ra, nhờ đĩ mà ECU nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc động cơ. Loại tín hiệu NE này cĩ thể nhận biết được cả tốc độ động cơ và gĩc quay trục khuỷu tại vị trí răng thiếu của đĩa tạo tín hiệu, nhưng khơng xác định được điểm chết trên của kỳ nén hay kỳ thải. Hình .3.4. Sơ đồ mạch và dạng sĩng tạo ra của cảm biến trục khuỷu và cam. 1-Mạch đầu vào G ; 2- Mạch đầu vào NE ; 3- 34 xung mỗi 3600CA ; 4-1800CA 5- Xung mỗi 7200CA 3.3. Cảm biến nhiệt độ khí nạp THA Cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp dùng nhận biết nhiệt độ khơng khí nạp và kết hợp với cảm biến áp suất để xác định lượng khơng khí nạp đi vào động cơ. Hinh 3.5. Cảm biến nhiệt độ khí nạp Điện trở nhiệt NTC ; 2- Thân cảm biến ; 3- Lớp cách điện ; 4- Ổ nối dây R1 Gồm một điện trở nhiệt loại NTC đặt ở đầu cảm biến nối với đầu ghim (4), thơng qua lớp cách điện (3). Giá trị điện trở thay đổi khi nhiệt độ mơi trường quanh nĩ (nhiệt độ khí nạp) thay đổi. Điện trở tăng khi nhiệt độ giảm và điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. Điện trở loại này được gọi điện trở cĩ hệ số nhiệt âm. Tuỳ theo nhiệt độ khí nạp mà PCM sẽ nhận tín hiệu điện thay đổi từ điện trở để tăng hoặc giảm lượng khí nạp phù hợp với tỉ lệ hồ trộn hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu. KW 1 2 3 7 6 5 4 3 2 1 0 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0C Hình .3.7. Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở. 1- Đường giá trị điện trở lý tưởng ; 2- Đường giá trị điện trở lớn nhất; 3- Đường giá trị điện trở thấp nhất. 3.4. Cảm biến áp suất đường ống nạp Hình .3.8. Cảm biến áp suất đường ống nạp (khơng khí) Hình .3.9. Sơ đồ mạch điện Cảm biến này gắn một IC cảm nhận áp suất đuờng nạp như một tín hiệu PIM. ECU dựa vào tính hiệu này xác định thời gian phun cơ bản. Cấu tạo gồm một chip silic kết hợp với một buồng chân khơng được duy trì ở độ chân khơng định mức, được gắn vào bộ cảm biến này. Một phía của chip này được lộ ra với áp suất đường ống nạp và phí bên kia thơng với buồng chân khơng bên trong. Vì vậy khơng cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn vì áp suất của đường ống nạp cĩ thể đo được chính xác ngay cả khi độ cao này thay đổi. Một thay đổi về áp suất của đường ống nạp sẽ làm cho hình dạng của chip silic này thay đổi, và trị số điện trở của chip này dao động theo mức biến dạng này tín hiệu điện áp mà IC biến đổi từ sự dao động của giá trị điện trở này gọi là tín hiệu PIM. 3.5. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Cảm biến này nhận biết nhiệt độ của nước làm mát bằng một nhiệt điện trở bên trong. Hình .3.10. Cảm biến nhệt độ nước làm mát. 1- Điện trở ; 2- Thân cảm biến ; 3- Chất cách điện ; 4- Giắc cắm ; 5- Đầu cắm điện Nhiên liệu sẽ bay hơi kém khi nhiệt thấp, vì vậy cần cĩ hỗn hợp đậm hơn. Vì thế khi nhiệt độ nước làm mát thấp, điện trở của nhiệt điện trở tăng lên và tín hiệu điện áp THW cao được đưa tới ECU. Dựa trên tín hiệu này, ECU sẽ tăng lượng nhiên liệu phun vào làm cải thiện khả năng tải trong quá trình hoạt động của động cơ lạnh. Ngược lại, khi nhiệt độ nước làm mát cao, một tín hiệu điện áp thấp THW được gửi đến ECU làm giảm lượng phun nhiên liệu. Do điện trở R trong ECU và nhiệt điện trở trong cảm biến nhiệt độ nước làm mát được nối tiếp nên điện áp của tín hiệu THW thay đổi khi giá trị điện trở của nhiệt điện trở thay đổi. 4. CÁC DẠNG HƯ HỎNG, CÁCH KHẮC PHỤC VÀ CHẨN ĐỐN 4.1. CÁC DẠNG HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP Ở HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU 4. 1.1. Các hư hỏng bơm cao áp Cặp piston-xylanh bơm cao áp bị mịn : do cĩ lẫn tạp chất cơ học cĩ trong nhiên liệu tạo ra các hạt mài, khi piston chuyển động trong xylanh các hạt mài này gây mịn piston-xylanh. Trong quá trình làm việc cặp piston-xylanh bơm cao áp thường bị mịn và cào xước bề mặt ở các khu vực cửa nạp, cửa xả của xylanh, và cạnh đỉnh piston. Do điều kiện làm việc của pittơng-xylanh bơm cao áp chịu áp lực cao, mài mịn... , nên trong hành trình nén áp lực dầu tác dụng lên các phần trên đầu piston khơng cân bằng gây ra va đập. Điều đĩ làm cho phần đầu pittơng và xylanh mịn nhiều nhất. Khi pittơng-xylanh mịn làm áp suất nhiên liệu trong thời kỳ nén nhiên liệu giảm, áp suất nhiên liệu đưa đến vịi phun khơng đúng giá trị qui định gây ảnh hưởng đến chất lượng phun nhiên liệu. Lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình giảm, động cơ khơng phát huy được cơng suất, suất tiêu hao nhiên liệu tăng. 4.1.2. Các hư hỏng của vịi phun Lỗ phun bị tắc hoặc giảm tiết diện : do trong quá trình sử dụng muội than bám vào đầu vịi phun làm tắc lỗ phun. Trong nhiên liệu và quá trình cháy tạo ra các axít ăn mịn đầu vịi phun làm ảnh hưởng đến chất lượng phun. Kim phun mịn : tăng khe hở phần dẫn hướng làm giảm áp suất phun, lượng nhiên liệu hồi tăng lên giảm lượng nhiên liệu cung cấp vào buồng cháy. Cơng suất động cơ giảm. Lị xo van điện từ bị giãn : Khi đĩ chỉ cần một lực nhỏ cũng cĩ thể nâng được kim phun lên. Do đĩ nhiên liệu phun vào buồng cháy khơng tơi, nhỏ giọt. Động cơ khơng khởi động được, khi động cơ làm việc thì cơng suất khơng cao, động cơ hoạt động cĩ khĩi đen. Kẹt kim phun : Do nhiệt độ từ buồng cháy truyền ra làm cho kim phun nĩng lên và giãn nở. Do sự giãn nở khơng đồng đều làm tăng ma sát giữa kim phun và phần dẫn hướng làm kim phun khĩ di chuyển. 4.1.3. Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu Lõi lọc quá cũ, bẩn gây mất chức năng lọc dẫn đến tắc lọc. Cặn bẩn, tạp chất nhiều trong cốc lọc gây tắc lọc giảm tính thơng qua của lọc. 4.1.4. Các hư hỏng của đường ống dẫn nhiên liệu Các đường ống hở khơng khí lọt vào làm động cơ khơng nổ. Tại các điểm nối bị hở, ống bị thủng. Làm rị rỉ nhiên liệu, nhiên liệu khơng cung cấp đến bơm cao áp hay vịi phun, nhiên liệu cung cấp khơng đủ áp suất làm động cơ khơng nổ. Các đường ống bị va đập làm dẹp, các chỗ uốn bị gãy gây trở lực lớn trong đường ống hoặc bị tắc ống dẫn. Các van an tồn, van một chiều lắp trên đường ống khơng điều chỉnh đúng áp lực mở theo qui định. 4.1.5. Hư hỏng hệ thống điện tử và các cảm biến Đối với các hư hỏng này phải dùng các pan mà nhà chế tạo cung cấp để phát hiện các triệu chứng. Để khắc phục các hư hỏng này thì thường phải thay mới. 4.2. KHẮC PHỤC CÁC HƯ HỎNG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU 4.2.1. Bơm cao áp Bơm cao áp bị hư ta thay bơm mới, ta thiết lập giá trị ban đầu, cân lượng nhiên liệu cung cấp từ bơm cấp liệu Cài đặt giá trị lượng nhiên liệu cung cấp từ bơm cao áp vào ECU sau khi thay mới. 4.2.2. Ống phân phối Nếu ống phân phối bị hỏng ta chỉ việc thay mới, khơng tháo rã ống phân phối. 4.2.3. Vịi phun Sau khi sửa chữa vịi phun hoặc thay mới thì phải cài đặt lại thơng số hiệu chỉnh lượng phun cho vịi phun. 4.3. PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐỐN Ở đây ta chẩn đốn theo trạng thái hoạt động của động cơ. 4.3.1. Động cơ khơng tải, khơng êm, bị rung động Bảng. 4.1 : Bảng chẩn đốn động cơ khơng tải, khơng êm, bị rung động Trạng thái hư hỏng Khu vực chẩn đốn chính Khu vực chẩn đốn cĩ liên quan 1. Khơng tải khơng êm hay rung do cĩ quá trình cháy khơng bình thường 2. Rung khi xe khởi hành. 1. Hư hỏng trong vịi phun - Chuyển động của piston vịi phun trục trặc - Vịi phun kẹt đĩng - Vịi phun kẹt mở - Muội ở vịi phun - Hư hỏng mạch điện vịi phun 2. Hư hỏng hệ thống ly hợp - Hệ thống ly hợp (rung khi xe khởi động) - Mã hiệu chỉnh vịi phun - Rị rỉ nhiên liệu - Gối đỡ động cơ - Rị rỉ hệ thống nạp khí - Tắc hệ thống nạp khí - Hệ thống EGR - Hệ thống đĩng đường nạp - Cảm biến lưu lượng khí nạp - Bơm cao áp - Van xả áp - EDU (Nếu P0200 thiết lập đồng thời) - Nhiên liệu chất lượng thấp - Sửa đổi xe - ECU 4.3.2. Động cơ cĩ tiếng gõ, kêu lạch cạch Bảng. 4.2 : Bảng chẩn đốn động cơ cĩ tiếng gõ, kêu lạch cạch. Trạng thái hư hỏng Khu vực chẩn đốn chính Khu vực chẩn đốn cĩ liên quan 1. Tiếng gõ và âm thanh khơng bình thường do áp suất cháy đặc biệt cao 2. Âm thanh khơng bình thường do ma sát giữa các chi tiết 1. Hư hỏng vịi phun - Chuyển động của piston trong vịi phun bị hỏng - Vịi phun kẹt đĩng - Vịi phun kẹt mở - Muội trong vịi phun - Hỏng mạch vịi phun 2. Áp suất ống phân phối khơng bình thường - Bơm cao áp - Âm thanh xung áp nhiên liệu - Khơng khí trong nhiên liệu 3. Ma sát giữa các chi tiết 4. Áp suất nén - Mã hiệu chỉnh vịi phun - Rị rỉ nhiên liệu - Rị rỉ hệ thống nạp khí - Tắc hệ thống nạp khí - Hệ thống EGR - Hệ thống đĩng đường nạp - Cảm biến áp suất nhiên liệu - Cảm biến áp suất tuyệt đối đường nạp - Cảm biến lưu lượng khí nạp - Cảm biến áp suất khí quyển (bên trong ECU) - Sửa đổi xe - Nhiên liệu chất lượng thấp - Thiếu nhiên liệu - ECU 4.3.3. Động cơ yếu, bị ì Bảng. 4.3 : Bảng chẩn đốn động cơ yếu, bị ì. Trạng thái hư hỏng Khu vực chẩn đốn chính Khu vực chẩn đốn cĩ liên quan 1. Động cơ bị yếu do lượng phun nhiêu liệu khơng bình thường (hỏng bơm cấp áp) 2. Động cơ bị yếu do lượng khí nạp vào thiếu (Hỏng tuabin tăng áp hay đoạn ống xả trước hay bộ trung hịa khí xả bị tắc) 1. Hư hỏng vịi phun - Chuyển động của píttơng trong vịi phun bị hỏng - Vịi phun kẹt đĩng - Vịi phun kẹt mở - Muội trong vịi phun - Hỏng mạch vịi phun 2. Áp suất ống phân phối khơng bình thường - Bơm cao áp 3. Lượng khí nạp khơng bình thường - Tuabin tăng áp - Đoạn ống xả trước bị tắc - Bộ trung hịa khí xả bị tắc - Van xả áp (P1271 được thiết lập) - Cảm biến lưu lượng khí nạp - Rị rỉ hệ thống nạp khí - Tắc hệ thống nạp khí - Hệ thống EGR - Hệ thống nhiêu liệu bị tắc - Hệ thống đĩng đường nạp - Áp suất nén - Mã điều chỉnh vịi phun - Rị rỉ nhiên liệu - Bugi sấy - Cảm biến áp suất nhiên liệu - EDU (Nếu P0200 được thiết lập) - Sửa đổi xe - Nhiên liệu chất lượng thấp - Nhiên liệu bị đơng cứng - ECU 4.4. CƠNG TÁC BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL LẮP TRÊN ĐỘNG CƠ 2KD-FTV Kế hoạch bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên là rất cần thiết để động cơ luơn luơn cĩ được chất lượng tốt và độ tin cậy tối đa. Sự sẵn sàng hoạt động, sự an tồn khi hoạt động cũng như chi phí vận hành, bảo dưỡng sửa chữa và chăm sĩc động cơ là thấp nhất. Hệ thống Common Rail sử dụng các cấp bảo dưỡng sau : ĩBảo dưỡng sửa chữa thường xuyên (W1) : Bao gồm nội dung kiểm tra cĩ tính chất thường xuyên nhằm khắc phục các hư hỏng xảy ra trong vận dụng. Cơng tác bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên W1 được thực hiện hàng ngày (tương ứng với 25 h hoạt động của động cơ). ĩBảo dưỡng sửa chữa định kỳ : Bảo dưỡng sửa chữa theo các cấp qui định là việc bảo dưỡng sửa chữa mang tính chất dự phịng. Các cấp bảo dưỡng qui định cụ thể như sau : + W2 : Tương ứng với 250 giờ hoạt động của động cơ. + W3 : Tương ứng với 1000 giờ hoạt động của động cơ. + W4 : Tương ứng với 2000 giờ hoạt động của động cơ. + W5 : Tương ứng với 8000 giờ hoạt động của động cơ. + W6 : Tương ứng với 24000 giờ hoạt động của động cơ. Hệ thống nhiên liệu của động cơ cũng tuân theo các qui định về bảo dưỡng và sửa chữa như động cơ. Nội dung các cơng việc trong các kỳ bảo dưỡng cụ thể như sau : ĩCấp bảo dưỡng sửa chữa W1: Bộ phận kiểm tra Cơng việc kiểm tra Bộ phận xả khí Kiểm tra màu khí xả Két làm mát khí nạp Kiểm tra đường ống xả nước ở chỗ nước ra Lọc khí nạp Kiểm tra đồng hồ đo áp lực hút khí nạp Nhiên liệu Kiểm tra mức nhiên liệu ĩ Các cấp bảo dưỡng sửa chữa W2,3,4: Khơng tháo động cơ. Bộ phận kiểm tra Cơng việc kiểm tra Cấp Đường dẫn khí nạp Kiểm tra các hư hỏng, độ kín mặt hút W2,3,4 Hệ thống xả khí Kiểm tra và xả nước W3,4 Lọc khí nạp Vệ sinh W3,4 Đường dẫn khí nạp Kiểm tra khĩa đĩng khí nạp W3,4 Hệ thống xả khí Kiểm tra các liên kết bulơng, sự ngăn cách của ống xả và tăng áp W3,4 W3,4 Bầu lọc thơ Vệ sinh W3,4 Bầu lọc kép Xả nhiên liệu thay lõi lọc W3,4 Hệ thống khí nạp Kiểm tra áp lực khí nạp W4 Lọc khí nạp Thay lõi lọc W4 Két làm mát khí nạp Vệ sinh đường ống xả nước W4 Vịi phun cao áp Tháo ra, kiểm tra, thay roăng làm kín, thay đầu vịi phun mới nếu cần W4 ĩCấp bảo dưỡng và sửa chữa W5 : Ngược lại với các cấp W2,3,4 khơng tháo động cơ, ở cấp W5 một số bộ phận của động cơ được tháo. Những cơng việc sau được thực hiện và kiểm tra. Bộ phận kiểm tra Cơng việc kiểm tra Mặt quy lát Giải thể mặt quy lát, cân chỉnh lại vịi phun Bộ phối khí Tháo gỡ cị mổ và kiểm tra Ống dẫn khí nạp Giải thể, vệ sinh, thay mới roăng làm kín Ống xả tiêu âm Vệ sinh thay mới roăng Két làm mát khí nạp Tháo gỡ vệ sinh kiểm tra độ kín Ống xả Tháo gỡ vệ sinh thay mới roăng làm kín và lớp bảo vệ Bơm cao áp Tháo gỡ và kiểm tra lưu lượng bơm và độ kín, kiểm tra khớp nối, thời điểm phun Bộ cơ lập máy Kiểm tra tính hoạt động ĩ Cấp bảo dưỡng và sửa chữa W6: Nhất thiết phải tháo tồn bộ động cơ và kiểm tra tồn bộ. ĩ Các cơng việc bảo dưỡng động cơ khi động cơ ngừng làm việc lâu : Nếu động cơ phải ngừng làm việc lâu, thì trong đường hút khí nạp phải được phun dầu bơi trơn. Sau đĩ tác động lên bộ tắt máy và cho động cơ quay bằng hệ thống đề. 5. KẾT LUẬN Sau khi khảo sát hệ thống nhiên liệu Common Rail lắp trên động cơ 2KD-FTV thì trên cơ sở lí thuyết ta thấy rằng : Sử dụng hệ thống Common Rail cho động cơ nĩi chung là rất cĩ lợi khơng những về kinh tế mà cịn làm giảm rõ rệt mức độ ơ nhiễm mơi trường so với động cơ Diesel nguyên thủy. Động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail cĩ các đặc điểm sau : Khả năng tạo hơi nhiên liệu tốt vì phun nhiên liệu với áp suất cao khoảng 1800 bar, các sản vật cháy ít độc hại hơn nhiều lần so với hệ thống nhiên liệu Diesel bình thường, vì quá trình cháy hồn thiện hơn. Ngồi sự ưu việt về mặt mơi trường động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail cịn hồn loạt các ưu điểm khác : Động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail cĩ đặc điểm là tồn trữ nhiên liệu ở áp suất cao khi sử dụng phun ở áp suất cao hơn. Nên nhiên liệu cháy hồn tồn, khơng tạo ra các sản phẩm phụ khác, ít tạo khĩi, ít tạo ra muội than và khĩi thấp hơn động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Diesel bình thường nên cải thiện rất nhiều vấn đề ơ nhiễm khơng khí. Đối với hệ thống Common Rail lượng khí nạp được cảm biến lưu lượng khí nạp nhận giá trị và đưa về ECU, ECU nhận giá trị này cùng với các giá trị từ các cảm biến khác gởi về xử lí và cho ra một lượng nhiên liệu chu trình thích hợp cho từng chế độ tốc độ của đơng cơ. do lượng phun được điều khiển chính xác bằng ECU theo sự thay đổi về tốc độ động cơ và tải trọng nên cĩ thể phân phối đều đến từng xylanh. Mặt khác, tỷ lệ khí - nhiên liệu cĩ thể điều khiển tự do (vơ cấp) nhờ ECU bằng việc thay đổi thời gian hoạt động của vịi phun (khoảng thời gian phun nhiên liệu). Vì thế hỗn hợp khí - nhiên liệu được phân phối đều đến tất cả các xylanh và tạo ra được tỷ lệ tối ưu. Chúng cĩ ưu điểm trong cả việc kiểm xốt khí xả lẫn tính năng phát huy về cơng suất. Do đĩ cĩ thể cấp hỗn hợp khí - nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh. Xét về mức độ phát ơ nhiễm thì hệ thống cĩ đặc tính là khơng độc, đặc tính phun được cải thiện với đặc điểm phun hai lần là phun sơ khởi và phun chính cĩ tác dụng khơng ồn và giảm được độ độc hại của khí thải. Ngồi ra cịn cĩ giai đoạn phun thứ cấp được thực hiện nhờ hệ thống luân hồi khí xả cĩ tác dung làm giảm nồng độ NOx trong khí thải, các sản phẩm cháy ít độc hại hơn nhiều lần so với động cơ Diesel cổ điển. Về suất tiêu hao nhiên liệu thì ở động cơ sử dụng hệ thơng nhiên liệu Common Rail, việc phun nhiên liệu bị loại bỏ khi chân gas ở trạng thái tự do làm giảm tiêu hao nhiên liệu so với động cơ Diesel nguyên thủy. Như vậy với hệ thống Common Rail quá trình cháy của động cơ được cải thiện đáng kể, tăng tính kinh tế nhiên liệu, giảm ơ nhiễm mơi trường, tăng hiệu suất của động cơ. Do đĩ việc áp dung hệ thống Common Rail trên động cơ 2KD-FTV là đề tài đang được quan tâm nghiên cứu bởi vì ơ nhiễm mơi trường và sự cạn kiệt nhiên liệu đang là vấn đề cấp bách trên tồn cầu. Cũng là lần đầu tiên hãng xe TOYOTA đã đưa động cơ này vào thị trường Việt Nam Sau 20 tuần làm đồ án tốt nghiệp với sự nổ lực tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn KS.VŨ DUY THUẬN, đến nay em đã hồn thành nhiệm vụ khảo sát đề tài tốt nghiệp được giao, đề tài đã giúp em hiểu thêm về tính năng và kết cấu của hệ thống nhiên liệu Common Rail lắp trên động cơ 2KD-FTV. Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu, do thời gian và khả năng hiểu biết và tài liệu về hệ thống Common Rai cịn hạn chế nên trong quá trình khảo sát khơng tránh khỏi những thiếu sĩt, em rất mong được sự lượng thứ và đĩng gĩp ý kiến bổ sung của các thầy cơ giáo. Cuối cùng em chân thành cảm ơn các thầy trong khoa cơ khí trường CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ ĐÀ NẴNG , đặc biệt em chân thành cảm ơn thầy giáo KS. VŨ DUY THUẬN đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hồn thành đồ án này. Đà Nẵng, 6/2010 Sinh viên thực hiện LÊ ANH VŨ