Đồ Án Động cơ Đốt trong Đề tài khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail Động cơ dw10 ated

Các loại ô tô này đều được cải tiến theo hướng tăng công suất, tốc độ, giảm suấttiêu hao nhiên liệu, điện tử hoá quá trình điều khiển và hạn chế mức thấp nhất thành phần ô nhiễm trong kh

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI

VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

*****

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Đề tài: Khảo sát hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ DW10 ATED

Sinh viên thực hiện: Lê Thiên Chiến và Lương Khả Dũng Lớp: 73DCMX21

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Công Đoàn

LỜI NÓI ĐẦU

Trong xu thế hội nhập hiện nay, nền công nghiệp Việt Nam đang đứng những cơ hội đầy tiềm năng và ngành công nghiệp ô tô Việt Nam cũng không ngoại lệ Ở nước ta số lượng ô tô hiện đại đang được lưu hành ngày một tăng Các loại ô tô này đều được cải tiến theo hướng tăng công suất, tốc độ, giảm suấttiêu hao nhiên liệu, điện tử hoá quá trình điều khiển và hạn chế mức thấp nhất thành phần ô nhiễm trong khí xả động cơ

Với sự phát triển mạnh mẽ của tin học trong vai trò dẫn đường, quá trình

tự động hóa đã đi sâu vào các ngành sản xuất và các sản phẩm của chúng, một trong số đó là ô tô Nhờ sự giúp đỡ của máy tính để cải thiện quá trình làm việc nhằm đạt hiệu quả cao và chống ô nhiểm môi trường, tối ưu hoá quá trình điều khiển dẫn đến kết cấu của động cơ và ô tô thay đổi rất phức tạp, làm cho người

sử dụng và cán bộ công nhân kỹ thuật ngành ô tô ở nước ta còn nhiều lúng túng

và sai sót nên cần có những nghiên cứu cụ thể về hệ thống điện tử trên động cơ

ô tô

Vì vậy là một sinh viên của nghành động lực sắp ra trường, em chọn đề tài: "Khảo sát hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ DW10 ATED" làm đề tài tốt nghiệp của mình Em rất mong với đề tài này em sẽ củng cố tốt hơn kiến thức của mình để khi ra trường em có thể đóng góp vào ngành công nghiệp ô tô của nước ta, để góp phần vào sự phát triển chung của ngành

Cuối cùng em xin được gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn KSNguyễn Công Đoàn đã chỉ bảo em tận tình, giúp em vượt qua những khó khăn vướng mắc trong khi hoàn thành đồ án của mình Bên cạnh đó em cảm ơn các thầy trong khoa đã tạo mọi điều kiện để em hoàn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp này

Sinh viên thực hiện

Lê Thiên Chiến và Lương Khả Dũng

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẶC TÍNH

ĐỘNG CƠ DW10ATED TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ

1 Giới thiệu chung về động cơ DW10 ATED.

1.1 Đặc điểm chung.

Hình 2.1 : Động cơ DW10 ATED

Động cơ DW10 ATED là động cơ Diesel thế hệ mới sử dụng công nghệ phun nhiên liệu trực tiếp kiểu CDI Động cơ DW10 ATED được cải tiến từ động cơ DW10TD và 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 có công suất lớn 80 KW/4000 v/ph Cơ cấu phân phối khí với 1 trục cam và được dẫn động bằng đai răng kết hợp cơ cấu điều chỉnh khe hở thủy lực , duy trì khe hở bằng 0 nhờ áp lực dầu và áp lực của lò xo Nhờ vậy chất lượng nạp và thải tốt hơn (nạp đầy, thải sạch), nhằm tăng công suất động cơ, giảm được lượng khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường Với hệ thống phun nhiên liệu diesel điều khiển bằng điện tử và hệ thốngtuần hoàn khí xả tạo cho động cơ luôn làm việc ở chế độ an toàn và hiệu quả cao

Bơm cao và bơm nước làm mát được dẫn động bằng đai răng Hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng kiểu phun nhiên liệu trực tiếp kiểu CDI do hãng BOSH cung cấp

Bảng 2-1 Bảng thông số kỹ thuật động cơ.

Công suất cực đại 80[kW] / 4000[v/ph]

Momen xoắn cực đại 250 Nm / 2000[v/ph]

Góc phun sớm 200/ĐCT

1.1 Đặc điểm các nhóm chi tiết và cơ cấu chính của động cơ DW10 ATED 1.1.1 Thân máy và nắp xy lanh.

a : Thân máy

- Thân máy là chi tiết máy cố định và có kết cấu phức tạp

- Khối lượng và kích thước lớn

Hình 2.2 : Thân máy

- Thân máy được đúc bằng gang hợp kim với nhiều gân tăng cứng để tăng độ cứng vững và giảm rung động

- 4 xy lanh thẳng hàng tạo thành 1 khối, đường kính mỗi xy lanh : 85mm

- Chiều cao xylanh: 133mm

- Chiều dày xylanh: 0.03 mm

b Nắp xylanh

- Nắp xy lanh kết cấu rất phức tạp vì trên đó vì trên đó phải bố trí rất nhiều cơ cấu và chi tiết điều kiện làm việc rất khắc nhiệt do nó chịu nhiệt độ và áp suất cao.

Hình 2.3 : Nắp xy lanh.

1.1.2 Nắp đậy, nắp trục cam.

- Nắp đậy dùng để che bụi và ngăn không cho dầu nhờn vung ra ngoài nhằm giảm tiêu hao dầu và giảm tiếng ồn khi động cơ làm việc

- Nắp đậy được làm từ vật liệu nhẹ để thuận tiện trong việc di chuyển

- Trên nắp đậy có 1 lỗ để đổ dầu nhờn

- Nắp trục cam 1 được chế tạo từ hợp kim nhẹ

Hình 2.4 : Nắp trục cam

1.1.3 Vòng gioăng bao kín.

Dùng để bao kín tránh lọt khí và nước chảy ở bề mặt lắp ghép nắp xy lanh

và thân máy Kết cấu và kiểu loại phụ thuộc vào loại động cơ Ở động cơ DW10ATED thì dùng loại gioăng bằng thép nhiều lớp xếp lại với nhau, bề mặt được phủ 1 lớp chất dẻo để tăng tính làm kín

Hình 2.5 : Gioăng bao kín

Lỗ đột dấu

Có 5 loại gioăng được nhận biết bởi các lỗ đột dấu

Chiều dày các lá thép cụ thể như sau

Nhóm piston gồm piston, xécmăng, chốt piston, xécmăng khí, xécmăng dầu

và các chi tiết hãm chốt piston Piston là một chi tiết quan trọng của động cơ, cùng với xylanh và nắp xylanh tạo thành buồng cháy

Trong quá trình làm việc của động cơ đốt trong, nhóm piston có các nhiệm vụ chính sau:

- Đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ cho không khí cháy trong buồng cháy

không lọt xuống cácte và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy

- Tiếp nhận lực khí thể sinh ra do quá trình cháy nổ và truyền tới thanh truyền

để làm quay trục khuỷu, nén khí trong quá trình nén, đẩy khí thải trong quá trìnhthải và hút khí nạp mới trong quá trình nạp

Hình 2.6 Trục khuỷu, thanh truyền, nhóm pít tông

5 : Bạc lót trên 6: Bạc lót dưới 7: Tấm chắn dọc trục 8: Pít tông

9: Chốt pít tông.10: Vòng hãm 11: Thanh truyền 12: Bạc lót

a : Pít tông

Piston được đúc bằng hợp kim nhẹ, do đó khối lượng của piston tương đối nhẹ Trên piston có bố trí 3 rãnh để lắp xéc măng, trong đó có hai xéc măng khí và một xéc măng dầu

Hình 2.7 : Pít tông

Đỉnh piston có dạng lõm hình omega nhằm tăng dung tích buồng cháy và

để phù hợp với kiểu phun nhiên liệu trực tiếp Dòng khí khi nạp vào có mức độ xoáy lốc cao tạo điều kiện tốt cho quá trình hoà trộn nhiên liệu Khi động cơ làm việc đầu piston nhận phần lớn nhiệt lượng do khí cháy truyền cho nó và nhiệt lượng này truyền vào xécmăng thông qua rãnh xécmăng, rồi đến nước làmmát động cơ Ngoài ra trong quá trình làm việc piston còn được làm mát bằng cách phun dầu vào phía dưới đỉnh piston

Thân piston làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xylanh, là nơi chịu lực ngang N và là nơi để bố trí bệ chốt piston

b Xéc măng

Để bao kín không gian buồng cháy trong xilanh (dùng xécmăng khí) và ngăn không cho dầu nhờn sục vào buồng cháy (dùng xéc măng dầu)

Với động cơ DW10 ATED thì mỗi pít tông có 3 Xéc măng

xéc măng khí 3 có chiều dày 3.5 mm

xéc măng khí 2 có chiều dày 2 mm

xéc măng dầu 1 có chiều dày 3 mm

c Chốt piston

Chốt piston được chế tạo bằng thép hợp kim Mặt bên trong chốt pittông có dạng hình trụ rỗng Chốt piston được lắp tự do trên bệ chốt và đầu nhỏ thanh truyền Sử dụng hai vòng khoá để hãm hai đầu chốt pittông nhằm chống chuyểnđộng dọc trục Khi làm việc chốt piston có thể xoay tự do trong bệ chốt piston

và bạc lót của đầu nhỏ thanh truyền

1.1.5 Trục khuỷu.

1 2 3

Trục khuỷu là một trong những chi tiết quan trọng nhất, có cường độ làm việc lớn nhất và giá thành cao nhất của động cơ Có nhiệm vụ tiếp nhận lực tác dụng trên piston truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục để đưa công suất ra ngoài trong chu trình sinh công của động cơ và nhận năng lượng từ bánh đà sau đó truyền qua thanh truyền và piston thực hiện quá trình nén cũng như trao đổi khí.

Trục khuỷu của động cơ DW10 ATED là trục khuỷu nguyên

- 5 cổ khuỷu và 4 chốt khuỷu

- Bề mặt cổ trục được mài bóng và được tráng phủ lên bề mặt 1 lớp thép

nhằm nâng cao sức bền cho trục khuỷu Kết cấu này đảm bảo cho trục khuỷu

Bánh đà của động cơ DW10 ATED là loại bánh đà dạng đĩa và được đúc bằng thép các bon có thành phần các bon thấp

5

10 9

8 7 6

Hình 2.9 : Cơ cấu phân phối khí

a: Con đội thủy lực b : Bố trí các chi tiết

1: Xu páp 2: cò mổ loại con lăn 3 ; Con lăn 4: Trục cam 5 : con đội thủy lực

6 : Buồng áp suất cao 7 : Lò xo 8 : Van bi 9 : Đường dầu 10 : pít tông

Cơ cấu phối khí bao gồm cò mổ loại con lăn và cơ cấu điều chỉnh khe hở

xu páp thủy lực nên luôn duy trì khe hở xu páp bằng 0 nhờ áp lực dầu và áp lực của lò xo Cò mổ loại con lăn dùng 1 vòng bi kim giúp giảm ma sát do đó cải thiện được tính kinh tế của nhiên liệu

a : Xu páp

Mỗi xylanh bố trí 2 xupap

- Xu pap và ống dẫn hướng được chế tạo từ thép

- Xu páp nạp có đường kính 35,6 mm Xu páp thải có đường kính 33,8 mm Đường kính thân xu páp 5,987 mm

1 : bánh răng trục khuỷu gồm 21 răng 2 : bánh đai căng đai ( đường kính

60mm) 3 bánh răng bơm cao áp gồm 42 răng 4 : dây đai 5 ; trục cam 6 : bánh răng trục cam gồm 42 răng 7: bộ căng đai bằng tay 8 : bánh răng trục bơm nước làm mát gồm 20 răng

Trục cam được dẫn động bằng đai răng nên kết cấu đơn giản, làm việc êm và bền đồng thời trục cam được bố trí phía trên thân máy nên thuận lợi cho việc lắp đặt và sửa chữa Ngoài ra số răng của bánh răng trục bơm cao áp và bánh

1 2

3 4

5 6

7

8

răng trục cam gấp đối số răng của bánh răng trục khuỷa nên khi đó nếu trục khuỷa quay 2 vòng thì trục cam và trục bơm cao áp sẽ quay được 1 vòng quay.

1.2 Tổng quan về hệ thống phun dầu điện tử

1.2.1.Lịch sử hình thành hệ thống nhiên liệu điện tử động cơ diesel

Ra đời sớm (1897) nhưng động cơ diesel không phát triển như động cơ xăng(1885) do gây ra nhiều tiếng ồn, khí thải ô nhiễm Tuy nhiên cùng với sự phát triểncủa kỹ thuật công nghệ, các vấn đề trên dần được giải quyết và động cơ dieselngày càng trở nên phổ biến và hữu dụng hơn

Hệ thống nhiên liệu diesel không ngừng được cải tiến với các giải pháp kỹthuật tối ưu nhắm 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, chủ yếu tậpchung vào giải quyết các vấn đề:

- Tăng công suất riêng và mô men xoắn riêng của động cơ

- Giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm ô nhiễm khí thải

- Đảm bảo đặc tính NVH (tiếng ồn: Noise; Rung động: Vibration; độ êmdịu: Harshness)

Hiện nay các nhược điểm đó đã được khắc phục bằng cách cải tiến một số bộphận của hệ thống nhiên liệu diesel điện tử như:

- Bơm cao áp điều khiển điện tử

- Vòi phun điện tử

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

Năm 1986, hãng Bosch đã đưa ra thị trường việc điều khiển điện tử cho hệthống cung cấp nhiên liệu diesel được gọi là hệ thống nhiên liệu Common RailDiesel Từ đó, nhiều hãng khác cũng bắt đầu nghiên cứu và cho ra nhiều HTNLdiesel khác nhau nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường

1.2.2.Phân loại các hệ thống nhiên liệu diesel

Hệ thống phundiesel rất đa dạng về thiết kế, nguyên lý hoạt động cũng nhưphạm vi áp dụng Theo đặc điểm kết cấu chung: có thể phân thành 3 nhóm lớn là:

- HTNL diesel dùng BCA kiểu dãy

-HTNL diesel dùng BCA phân phối

- HTNL diesel điều khiển điện tử dùng bình tích áp(Common Rail)

1.2.3.Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm dãy

Bơm cao áp loại bơm dãy là 1 loại bơm gồm nhiều tổ bơm ghép thành 1 khối

có vấu cam điều khiển nằm trong thân bơm và điều khiển chung bằng 1 thanh răngđược thể hiện qua hình 1.9

8 7

6 5

2 3

4

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm dãy.

1-Thùng chứa nhiên liệu; 2-Cốc lọc; 3-Bơm tay; 4-Bơm cao áp;

5-Bầu lọc tinh; 6-Ống dầu cao áp; 7-Vòi phun; 8-Buồng cháy.

- Nguyên lý hoạt động:

Khi khởi động động cơ, trục cam dẫn động bơm chuyển vận 3 hút nhiên liệu

từ thùng chứa 1 đẩy qua bầu lọc 5 để cấp nhiên liệu cho bơm cao áp 4 Số tổ bơmcao áp bằng số xylanh của động cơ, các tổ bơm cung cấp nhiên liệu qua đường ốngcao áp 6 tới vòi phun 7 để phun nhiên liệu vào buồng cháy 8 Nhiên liệu rò qua khe

hở trong thân kim phun của vòi phun và trong các tổ bơm được theo các đườngống thấp áp trở về thùng chứa

1.2.4.Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm ph

ân phối

Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm phân ph

ối được mô tả qua hình 1.10

11

A C

- Nguyên lý hoạt động:

Khi piston chuyển động xuống dưới, nhiên liệu từ bơm tiếp vận qua lỗ Ađược nạp vào xylanh.Khi piston đi lên trên, một phần nhiên liệu thoát qua lỗ A,cho đến khi đỉnh piston bắt đầu đóng lỗ A, áp suất nhiên liệu bắt đầu tăng, áp suấttăng cao và mở van cao áp 9, nhiên liệu theo đường cao áp vào lỗ B, vào xylanhchứa trong phần hình trụ dưới

Chuyển động xoay tròn của piston xảy ra đồng thời với chuyển động tịnhtiến, khi rãnh dọc áp vào lỗ đến vòi phun nào thì lỗ đó được nhận nhiên liệu caoáp.

Để điều chỉnh lượng nhiên liệu chu kỳ, người ta thay đổi vị trí của vành điềulượng 12, nếu mặt trong của vành điều lượng 12 che kín lỗ C thì không có nhiênliệu cao áp thoát ra ngoài

Khi piston chuyển động đi lên, đến một lúc nào đó, mép dưới làm hở lỗ C, lúc

đó nhiên liệu cao áp từ đỉnh piston theo lỗ dọc, xuống lỗ C thoát ra ngoài Khi đó

áp suất trong xylanh giảm đột ngột, quá trình phun nhiên liệu chấm dứt

Khi nâng vành điều lượng 12 lên thì mép dưới sớm mở lỗ C, nhờ vậy giảmlượng nhiên liệu cung cấp

1.2.5.Hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail

Hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel không ngừng được cải tiến với cácgiải pháp kỹ thuật tối ưu nhằm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiệm môi trường vàsuất tiêu hao nhiên liệu Các nhà khoa học đã nghiên cứu và đã đề ra nhiều biệnpháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức tốt quá trình cháy nhằm giới hạn chất

ô nhiễm

Một trong số đó là các nhà khoa học của hãng Bosch đã cho ra mắt hệ thốngphun nhiên liệu sử dụng ống Common Rail Hệ thống nhiên liệu common rail nàyđược thể hiện cụ thể qua hình 1.11

Hình 1.11 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail

1- Thùng chứa; 2- Ống tản nhiệt; 3- Bộ lọc; 4- Van đóng mở(theo nhiệt độ);

5-Bơm chuyển nhiên liệu; 6- Van điều áp suất thấp; 7- Van điều áp suất cao;

8- Đường ống dự trữ; 9 -Cảm biến áp suất nhiên liệu; 10-Bơm cao áp;

11- ECU; 12-Kim phum; 13- Bơm điện; 14- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát;

15- Cảm biến vị trí trục khuỷu; 16- Cảm biến áp suất; 17- Cảm biến vị trí trục

Cam; 18- Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 19- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu.

15

1 2

3 10

7

ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến, sau khi xử lý các tín hiệu đầu vào nàyECU sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển kim phun.

Qua đó, có thể thấy động cơ sử dụng hệ thống Common Rail có những ưunhược điểm sau:

a) Ưu điểm

- Tăng công suất lít

- Nhiên liệu được phun ra với áp suất cao

- Giảm tối đa mức độ tiếng ồn

- Giảm tiêu hao nhiên liệu

- Động cơ làm việc tốt hơn ở các chế độ không ổn định

- Giảm mức độ độc hại của khí thải

b) Nhược điểm

- Cấu tạo phức tạp vì trong hệ thống phải có đầy đủ các thành phần như cáccảm biến, bộ điều khiển điện tử, các cơ cấu chấp hành và một số thành phần khác

- Giá thành của HTPNL đắt, do đó giá thành chung của động cơ cũng đắt hơn

1.3.Nguyên tắc cấu trúc một hệ thống nhiên liệu điện tử

1.3.1Nguyên tắc tổng quát

Trong HTNL điều khiển điện tử thì nguyên tắc cơ bản là phải có hai thông sốđặc trưng cho tải và chế độ tốc độ cấp cho bộ điều khiển điện tử ECU làm cơ sởtính thời gian phun, đồng thời cũng là lượng nhiên liệu phun

Thông số đặc trưng cho tải là lưu lượng không khí nạp lấy từ lưu lượng kế đolưu lượng không khí nạp, còn tốc độ động cơ lấy từ cảm biến tốc độ.Thành phầnquan trọng nhất đối với cấu trúc HTNL điều khiển điện tử là bộ điều khiển điện tử(ECU) ECU lấy thông tin từ các cảm biến để xử lý đưa ra tín hiệu điều khiển cho

cơ cấu chấp hành là vòi phun Hai thông số đặc trưng cho tải được kết nối với ECU

và được thể hiện qua hình 1.12.

Hình 1.12 Nguyên tắc cơ bản của HTNL có điều khiển điện tử

1- Cảm biến đo lưu lượng không khí nạp; 2- Cảm biến đo tốc độ động cơ; 3- Các vòi

phun điều khiển điện tử.

1.3.2.Xử lý tín hiệu trong hệ thống nhiên liệu điện tử

Việc xử lý tín hiệu trong HTNL điều khiển điện tử bao gồm các bước nhậntín hiệu vào, chuẩn hoá tín hiệu, xử lý tín hiệu trong ECU, xuất tín hiệu ra và cácgiao diện khác Sơ đồ khái quát quá trình xử lý tín hiệu của ECU được thể hiệntrong hình 1.13

Hình 1.13 Sơ đồ quá trình xử lý tín hiệu trong HTPNL điều khiển điện tử.

a) Tín hiệu vào

Các cảm biến cung cấp cho bộ xử lý về số vòng quay, vị trí bàn đạp chân

ga, nhiệt độ không khí nạp, nhiệt độ nước làm mát của động cơ các cảm biến làm việc theo nguyên tắc khác nhau Có 3 dạng tín hiệu:

+ Tín hiệu số: Tín hiệu số chỉ có hai trạng thái là cao biểu diễn bằng 1 và thấpbiểu diễn bằng 0, tương ứng với 2 chế độ bật/tắt (On/Off) Bộ vi xử lý có thể xử lýnhững tín hiệu này không cần biến đổi

+ Tín hiệu tương tự: Tín hiệu tương tự có thể có mức điện áp bất kỳ trong dải

đo Các thông số như lưu lượng không khí nạp, áp suất không khí trong đườngnạp, điện áp ắc quy, nhiệt độ không khí nạp, nhiệt độ nước làm mát sẽ được ghinhận dưới dạng tín hiệu tương tự Một bộ biến đổi A/D trong bộ vi xử lý của ECU

sẽ biến đổi thành dạng tín hiệu số

+Tín hiệu xung: Tín hiệu xung với thông tin về số vòng quay và dấu thamchiếu do các cảm biến cảm ứng sẽ được chuẩn hoá trong một mạch riêng trongECU Các xung nhiễu sẽ được khử còn các xung tín hiệu thực sẽ được chuyểnthành các tín hiệu sóng hình chữ nhật dạng số

b) Chuẩn hóa tín hiệu

Trong ECU có các mạch điện bảo vệ giới hạn điện áp của các tín hiệu vàođến những ngưỡng để chuẩn hoá Hầu hết các tín hiệu nhiễu được lọc bỏ Nếu cần,các tín hiệu sử dụng được khuyếch đại để điện áp vào nằm trong giới hạn cho phépcủa bộ vi xử lý là từ 05V

d) Tín hiệu ra

Các tín hiệu ra được bộ vi xử lý phân chia cho các tầng và khuyếch đại đủlớn để có thể điều khiển được các cơ cấu chấp hành như : vòi phun, bơm cao áp được sao cho động cơ làm việc phù hợp với các tín hiệu đầu vào Bộ xử lý khôngtrực tiếp điều khển các thiết bị đầu ra, nó chỉ thực hiện các phép tính và ghi giá trịvào bộ nhớ Kết quả này được bộ xử lý tín hiệu đầu ra sử dụng để tạo nên các tínhiệu điều khiển Các dạng tín hiệu điều khiển được tạo ra theo yêu cầu của cácthiết bị đầu ra Cũng như bộ xử lý đầu vào, bộ xử lý đầu ra gồm có nhiều khối hoạtđộng riêng rẽ hoặc phối hợp với nhau để tạo tín hiệu đầu ra

-Bộ biến đổi số tương tự:

Hình 1.14 Bộ biến đổi số tương tự 1- Bộ nhớ đầu ra ; 2- Bộ biến đổi số tương tự.

Hầu hết các thiết bị xử lý tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển là bộ biến đổi sốtương tự (D/A) D/A có chức năng ngược với A/D Nếu A/D biến đổi tín hiệu từdạng tương tự sang dạng số, thì D/A biến đổi tín hiệu từ dạng số sang dạng tương

tự Số càng lớn, tín hiệu tượng tự càng lớn và ngược lại Hình 1.14 minh hoạ mốitương quan giữa tín hiệu số đầu vào và tín hiệu tượng tự ở đầu ra Trong khối xử lýtín hiệu đầu ra, D/A là thiết bị nhận dữ liệu từ bộ nhớ đầu ra

-Mạch đóng ngắt dùng Transistor:

Một thiết bị cũng được dùng rất nhiều trong bộ nhớ đầu ra là transistor đóngngắt Transistor đóng ngắt là linh kiện điện tử thay cho loại rơ-le đóng ngắt bằngcuộn dây thường dùng trước đây Hình 1.15 cho thấy mối tương quan giữa mộttransistor đóng ngắt và một rơ-le đóng ngắt bằng cuộn dây, cuộn dây của rơ leđược nối chung " mát" với tiếp điểm của rơ-le Cuộn dây được nối với nguồnthông qua một công tắc nguồn Khi công tắc đóng, cuộn dây được cấp điện làmđóng tiếp điểm, nhờ vậy mạch được cấp điện Tóm lại, rơ le dòng điện nhỏ đểđóng ngắt mạch có dòng lớn

Hình 1.15.Mạch đóng ngắt dùng Transistor

1- Công tắc ; 3- Công tắc ; 2- Rơ-le ; 4- Công tắc transistor

Ưu điểm chính của "rơ le" transistor so với rơ-le cuộn dây thường dùng là ởtốc độ Bởi vì cuộn dây trong rơ-le cần thời gian mới tạo ra từ trường đủ mạnh đểđóng tiếp điểm, nên tiếp điểm không đóng ngay lập tức khi công tắt của rơ-le đóngmạch Sự chênh lệch về tốc độ này rất quan trọng đối với những mạch điều khiểnnhững thiết bị cần tốc độ đóng ngắt nhanh như mạch điều khiển vòi phun nhiênliệu hay bơm cao áp

- Điều biến độ rộng xung :

Nhiều bộ phận điều khiển điện tử trên ô tô có sử dụng cuộn dây từ

Chẳng hạn như hệ thống phun nhiên liệu, bơm cao áp Hầu hết các cuộn dây

được điều khiển bằng điện áp dạng sóng vuông mà tỉ lệ thời gian đóng (ON) và ngắt (OFF) có thể thay đổi Cách thay đổi tỉ lệ thời gian đóng ngắt này gọi là điều biến độ rộng xung hay còn gọi là điều áp dạng sóng vuông có độ rộng thay đổi Trong loại sóng vuông này, chỉ có tỉ lệ thì gian đóng/ngắt thay đổi, còn tần

số của tín hiệu thì không thay đổi

Hình 1.16 Điều biến độ rộng xung

On time : Thời gian đóng Off time : Thời gian ngắt

Trong một số thiết bị khác, như các vòi phun trong hệ thống phun nhiên liệutuần tự, không những tỉ lệ thời gian đóng/ ngắt thay đổi mà ngay cả tần số của tínhiệu điện áp cũng thay đổi bởi vì, khi số vòng quay của động cơ tăng thì tầng sốcủa hành trình nạp ( số hành trình nạp trong một đơn vị thời gian) cũng tăng theo

Sự mô tả việc điều biến độ rộng sung được thể hiện qua hình 1.16

Đối với mạch đóng ngắt sử dụng xung, tỉ lệ thời gian đóng/ngắt được xácđịnh theo độ lớn điện áp vào bộ biến đổi Điện áp đầu vào càng lớn, thời gian đóngcàng lâu và thời gian ngắt càng ngắn Khi điện áp vào bộ biến đổi điện áp độ rộngxung giảm, thời gian ngắt tăng và thời gian đóng giảm Tín hiệu ở đầu ra của bộbiến đổi được sử dụng để điều khiển transistor Mạch đóng ngắt sử dụng bộ điềukhiển độ rông xung được thể hiện qua hình 1.17

Hình 1.17 Sơ đồ mạch đóng ngắt dùng transistor

1- Bộ biến đổi số tương tự; 2- Bộ biến đổi điện áp độ rộng xung;

3- Công tắc transistor; 4- Tải

Transistor hoạt động như một công tắc Khi có điện áp đặt vào cực gốc, nóđóng mạch giữa cực gốc và cực phát, cho phép dòng điện đi qua thiết bị đầu ra

Kết luận

Thông qua chương I, ta đã tìm hiểu được những thông tin cơ bản về

hệ thống phun dầu điện tử cũng như nắm bắt được những thông số kỹ thuật của động cơ DW10 với nội dung chi tiết như:

- Thông tin về những dòng xe sử dụng động cơ DW10 ATED

- Những thông số kỹ thuật cơ bản về động cơ DW10 ATED

- Những hiểu biết cơ bản về các hệ thống phun dầu điện tử

Qua đó tạo tiền đề quan trọng trong việc nghiên cứu chi tiết về nguyên

lý hoạt động cũng như các thành phần cơ bản của hệ thống và được thể hiện

cụ thể thông qua các chương sau

CHƯƠNG II KHẢO SÁT HỆ THỐNG

CUNG CẤP NHIÊN LIỆU COMMON RAI ĐỘNG CƠDW10 ATED

2.1 Giới thiệu chung về sơ đồ hệ thống nhiên liệu common rail của động cơ DW10 ATED

2.1.1 Sơ đồ hệ thống

Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail gồm nhiều thành phần và chi tiếtđược thể hiện tổng quát qua hình 2.1

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ DW10 ATED

1 - Bơm chuyển nhiên liệu;2 - Thùng chứa nhiên liệu 3 - Bộ sấy nóng nhiên

liệu;

4 Lọc nhiên liệu; 5 Van hạn chế áp suất; 6 Cảm biến vị trí pít tông; 7 Bơm cao áp; 8 - Van an toàn; 9 - Vòi phun; 10 - Cảm biến áp suất; 11 - Ắc quy thủy lực; 12 – ECU; 13 - Bộ làm mát nhiên liệu; 14 - Cảm biết nhiệt độ nhiên

Nhiên liệu được bơm cung cấp 1 đẩy đi từ thùng nhiên liệu trên đường ốngthấp áp qua bộ sấy nóng nhiên liệu 3 và bầu lọc 4 đến Bơm cao áp 7, từ đây nhiênliệu được bơm cao áp nén đẩy vào ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao 11 hay còngọi là ống phân phối và được đưa đến vòi phun Common Rail 9 sẵn sàng để phunvào xy lanh động cơ.

Việc tạo áp suất và phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau trong hệthống Common Rail Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ và lượng nhiênliệu phun ra Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong ống phân phối Lượng phun

ra được quyết định bởi sự điều khiển bàn đạp ga, thời điểm phun cũng như áp suấtphun được tính toán bằng ECU dựa trên các biểu đồ dữ liệu đã lưu trên nó Sau đóECU sẽ điều khiển các kim phun của các vòi phun tại mỗi xy lanh động cơ để phunnhiên liệu nhờ thông tin từ các cảm biến với áp suất phun có thể đến 1350 bar.Nhiên liệu thừa của vòi phun và của bơm cao áp theo đường dầu hồi trở về thùngchứa nhiên liệu 2

Trên ống phân phối có gắn cảm biến áp suất 10, cảm biến nhiệt độ nhiênliệu 14 và đầu cuối có bố trí van an toàn 8, nếu áp suất tích trữ trong ống phân phối

5 lớn quá giới hạn van an toàn sẽ mở để nhiên liệu được tháo

Ở hệ thống nhiên liệu này sẽ có 3 mạch áp suất của nhiên liệu khác nhau.Đầu tiên đó là mạch nhiên liệu áp suất thấp Dòng nhiên liệu này sẽ đi từ thùngchứa nhiên liệu qua bầu lọc 4 và qua bộ sấy nóng nhiên liệu 3 để đưa lên bơm cao

áp nhờ bơm chuyển nhiên liệu 1

Mạch áp suất nhiên liệu thứ 2 đó là mạch nhiên liệu áp suất cao Dòng nhiênliệu sau khi đến bơm cao áp, nhờ bơm cao áp nén nên nhiên liệu sẽ đạt đến 1 ápsuất rất cao sau đó nhiên liệu sẽ qua ống phân phối và được tích trữ trong ống phânphối và đưa đến vòi phun sẵn sàng phun vào xy lanh động cơ Nhiên liệu có ápsuất cao được tạo ra độc lập với lượng nhiên liệu phun ra Nhiên liệu có áp suất

cao được tạo ra do sự hoạt động của bơm cao áp còn việc phun nhiên liệu thì doECU điều khiển.

Mạch áp suất nhiên liệu thứ 3 đó là mạch dầu hồi Nhiên liệu sau khi qua bộlọc nếu nhiều quá thì sẽ về thùng chứa theo đường dầu hồi Nhiên liệu sau khi đếnbơm cao áp nếu lượng nhiên liệu nhiều quá thì 1 phần nhiên liệu sẽ trở về thùngchứa theo đường dầu hồi Nhiên liệu áp suất cao tích trữ trong ống phân phối vàtrong vòi phun nếu quá nhiều thì 1 lượng nhiên liệu cũng theo đường dầu hồi vềthùng chứa Việc tích trữ nhiên liệu vào ống cao áp được thể hiện qua hình 2.2

1

2

4 3

5

Hình 2.2 Các cơ cấu điều khiển phun nhiên liệu

1 - Bơm cao áp; 2 - Ống phân phối ; 3 - Cảm biến áp nhiên liệu;

4 – ECU; 5 - Van điều chỉnh áp suất

Khác với hệ thống phun nhiên liệu diesel truyền thống trước đây, các vòiphun đều được cung cấp nhiên liệu bởi các bơm cao áp độc lập, một bơm phânphối dẫn động bởi động cơ sẽ cung cấp nhiên liệu theo các đường độc lập đến vòiphun

Ở động cơ DW10 ATED thì hệ thống cung cấp nhiên liệu được sử dụng côngnghệ CDI Với hệ thống nhiên liệu này nhiên liệu được tích trữ trong ống phânphối chung hay ống (Common Rail) tại đó áp suất duy trì ở một cấp độ cao bằngmột bơm cao áp riêng Từ ống phân phối này, nhiên liệu sẽ được phân phối tới cácvòi phun cao áp Với cải tiến mới này, so với các động cơ diesel thế hệ cũ hơn hệthống Common rail khi đó đã tạo ra một áp suất phun tới 1350 bar ngay cả khi sốvòng tua máy thấp

2.2 Các bộ phận của hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ DW10 ATED 2.2.1 Bơm cao áp

Bơm cao áp có nhiệm vụ tạo ra nhiên liệu có áp suất cao cho quá trình phun.Bơm này được lắp đặt phía trước động cơ và được dẫn động từ trục khuỷu thôngqua bánh đai răng ( tốc độ quay của trục bơm bằng ½ tốc độ động cơ, do bánh răngtrục khuỷu có 21 răng còn bánh răng trục bơm có 42 răng, nhưng tối đa là 3000vòng/phút) và được bôi trơn bằng chính nhiên liệu nó bơm

Bơm cao áp tạo áp lực nhiên liệu đến một áp suất lên đến 1350 bar Nhiênliệu được tăng áp suất này sau khi ra khỏi bơm cao áp được vận chuyển đến đườngống cao áp chung để sẵn sàng phun vào buồng cháy của các xy lanh Kết cấu bơmcao áp được thể hiện qua hình 2.3

d eb

a

5 4

9

8 7

6 3

2 1

Hình 2.3 Bơm cao áp

a - Van ngắt mở; b - Van ngắt đóng; d - Van nạp mở; e - Van nạp đóng;

1 - Đường nhiên liệu từ bơm tiếp vận; 2 - Trục dẫn động; 3 - Pít tông bơm

và tải trung bình Lượng nhiên liệu thừa này sẽ được trở lại bình chứa thông quavan điều chỉnh áp suất Đó là nguyên lý làm việc chung của bơm cao áp, sau đây

ta nguyên cứu vào cấu tạo, nguyên lý làm việc của các chi tiết chính trong bơmcao áp gồm : Bơm piston, van điều chỉnh áp suất.

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm pít tông

a - quá trình hút nhiên liệu; b - quá trình đẩy nhiên liệu

Bơm cao áp gồm ba piston bơm được bố trí hướng kính và các piston cáchnhau 120 độ , 3 piston này được đẩy lên nhờ cam lệch tâm, hành trình đi xuốngcủa piston nhờ lò xo và cam lệch tâm Khi Piston đi xuống nhờ lực đẩy của lò xo,van nạp mở ra Nhờ độ chân không phía trên piston nhiên liệu được nạp vàokhông gian này cho đến khi piston nằm ở vị trí thấp nhất Piston đi lên nhờ camlệch tâm thì nhiên liệu ở khoảng không gian phía trên piston bị nén tăng áp suất,đẩy mở van bi 7 mở ra, nhiên liệu áp suất cao đi vào đường ống cao áp đến ốngphân phối, đồng thời van nạp đóng lại không cho nhiên liệu trở lại bơm nạp

Ba piston bơm được bố trí hướng kính và các piston cách nhau 120 độ nênkhi piston A đi lên thực hiện quá trình nén và bơm nhiên liệu đến ống phân phốipiston thì B và C đi xuống thực hiện quá trình hút, 3 bơm làm việc luân phiên hút

và nén nhiên liệu, bơm nhiên liệu đến ống phân phối dưới áp suất cao và ổn định.Với kiểu bơm pít tông bố trí hình sao lệch nhau 120 độ làm cho động cơ hoạt động

êm dịu hơn Còn bơm thì hoạt động nhẹ nhàng, linh hoạt và năng suát cao hơnđồng thời giảm được tải trọng động trên động cơ

b) Van điều chỉnh áp suất

Van điều chỉnh áp suất được gá lên bơm cao áp Để ngăn cách khu vực

áp suất cao với khu vực áp suất thấp, một lõi thép đẩy van bi vào vị trí đón

g kín Kết cấu van điều chỉnh áp suất được mô tả qua hình 2.5

Hình 2.5 Van điều chỉnh áp suất

1 - vỏ; 2 - cuộn dây; 3 - lò xo; 4 - dây ra giắc cắm; 5 - đĩa van từ; 6 - van

bi;

a - Van điều chỉnh áp suất; b - Van từ đóng; c - Van từ mở.

Có 2 lực tác dụng lên lõi thép: Lực đẩy xuống dưới bởi lò xo và lựcđiện từ Nhằm bôi trơn và giải nhiệt, lõi thép được nhiên liệu bao quanh.Thông tin áp suất nhiên liệu trong ống phân phối được ghi nhận bởi cảmbiến áp suất nhiên liệu gắn trên ống phân phối Thông tin này được gửi đếnECU xác định tình trạng áp suất trong ống phân phối để tính toán và vận

hành van điều khiển áp suất nhằm điều hòa lại áp suất nhiên liệu trong 1giới hạn xác định.Van điều khiển áp suất được điều khiển theo quy luật sau:Khi cuộn dây của van điều chỉnh áp suất chưa có tín hiệu điện từ ECUgửi tới, lò xo ép đĩa cảm ứng đẩy van bi sang trái làm cho van bi đóng lỗthông lại ngăn không cho dầu hồi về thùng chứa , như thế sẽ giữ cho áp suấtnhiên liệu không bị giảm xuống Khi có tín hiệu điện từ ECU gửi tới cuộndây của van điều chỉnh cuộn dây sẽ sinh lực từ hút mạnh đĩa cảm ứng Khilực từ sinh ra đủ lớn thắng lực của lò xo thì đĩa cảm ứng sẽ ép mạnh lò xolàm cho van bi dịch chuyển sang phải mở lỗ thông cho nhiên liệu cao áptrong bơm cao áp rò về thùng chứa như vậy áp suất nhiên liệu trong bơmcao áp sẽ giảm xuống Áp suất nhiên liệu sẽ giảm xuống đến khi lực tự docuộn dây sinh ra và áp lực do nhiên liệu nhỏ hơn lực do lò xo đẩy ngược lại.Lúc đó van bi sẽ lại dịch chuyển sang trái và đóng lỗ thông lại áp suấtnhiên liệu trong bơm cao áp sẽ không giảm xuống nữa.như vậy áp suấtnhiên liệu trong bơm cao áp đã được điều chỉnh nhờ van điều chỉnh áp suất.

c) Van ngắt

Van ngắt được ECU điều khiển khi nhiệt độ nhiên liệu quá cao để đảmbảo hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu Kết cấu và mô ta nguyên lýlàm việc của van ngắt được thể hiện qua hình 2.6

Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động của van ngắt

b a