ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL

- Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa sốlượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạng buồngcháy, cường độ và phương hướng

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 Ởnước 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 suất tiêuhao nhiên liệu, điện tử hoá quá trình điều khiển và hạn chế mức thấp nhấtthành 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 độnghóa 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 quảcao và chống ô nhiểm môi trường, tối ưu hoá quá trình điều khiển dẫn đến kết cấucủa động cơ và ô tô thay đổi rất phức tạp, làm cho người sử dụng và cán bộ côngnhân kỹ thuật ngành ô tô ở nước ta còn nhiều lúng túng và sai sót nên cần có nhữngnghiên 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 đềtài tốt nghiệp của mình Em rất mong với đề tài này em sẽ củng cố tốt hơn kiếnthức của mình để khi ra trường em có thể đóng góp vào ngành công nghiệp ô tô củanước 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

KS.Nguyễn Quang Trung 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 cácthầy trong khoa đã tạo mọi điều kiện để em hoàn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp này Sinh viên thực hiện

Tạ Hữu Nhiên

1 : Tổng quan về hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel.

1.1: Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel.

1.1.1 : Nhiệm vụ :

- Dự trữ nhiên liệu:

Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định màkhông cần cấp thêm nhiên liệu vào, lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiênliệu, giúp nhiên liệu luân chuyển dễ dàng trong hệ thống

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

+ Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với chế độ làm việccủa động cơ

+ Phun nhiên liệu vào đúng xy lanh thời điểm, đúng quy luật

+ Đối với động cơ nhiều xylanh thì lượng nhiên liêu phun vào các xylanh phảiđồng đều trong một chu trình công tác

- Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa sốlượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạng buồngcháy, cường độ và phương hướng chuyển động của mỗi chất trong buồng cháy đểhoà khí được hình thành nhanh và đều

1.1.2 : Yêu cầu :

Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel phải thoả mãn các yêu cầu sau

- Hoạt động ổn định, có độ tin cậy và tuổi thọ cao

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

- Dễ chế tạo, giá thành hạ

1.1.3 : Phân loại:

Dựa vào các loại bơm cao áp của hệ thống nhiên liệu ta có thể phân loại sơ bộ

hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thành 3 loại sau

a : Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm dãy.Bơm cao áp là 1 loại bơm gồm nhiều tổ bơm ghép thành 1 khối có vấu cam điềukhiển nằm trong thân bơm và điều khiển chung bằng 1 thanh răng

8 7

6 5

2 3

4

Hình 1.1: 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 tổbơm cao áp bằng số xylanh của động cơ, các tổ bơm cung cấp nhiên liệu qua đườngống cao áp (6) tới vòi phun (7) để phun nhiên liệu vào buồng cháy (8) Nhiên liệu ròqua khe hở trong thân kim phun của vòi phun và trong các tổ bơm được theo cácđường ống thấp áp trở về thùng chứa

Để hệ số nạp của các tổ bơm ổn định, và không gián đoạn quá trình cấp nhiênliệu thì nhiên liệu đi vào xylanh bơm cao áp không được lẫn không khí

+ Không khí lẫn trong hệ thống nhiên liệu do những nguyên nhân như sau:

− Không khí hòa tan trong nhiên liệu tách ra khi áp suất thay đổi đột ngột

− Không khí trời lọt qua những đoạn ống không kín, đặc biệt ở những khu vực

mà áp suất nhiên liệu thấp hơn áp suất khí trời

+ Một số biện pháp để tách không khí ra khỏi nhiên liệu trong hệ thống:

− Nhiên liệu được tuần hoàn liên tục từ thùng chứa, qua bầu lọc, qua bơm cao

áp, qua van tràn và đường ống tràn về thùng chứa Sự tuần hoàn cuốn không khítrong hệ thống đưa về thùng chứa, do đó không khí được tách khỏi nhiên liệu

− Trước khi khởi động máy, dùng bơm tay bơm dầu thật căng và giữ nguyênbơm tay sau đó nới lỏng ốc xả gió trên bầu lọc cho không khí tràn ra ngoài, rồi siếtchặt ốc xả gió lại, tiếp tục bơm và lại xả đền khi nào hét không khí thì thôi Làmtương tự như vậy để xả không khí trong bơm cao áp bằng ốc xả gió trên thân bơm.Bơm tay lắp song song với bơm chuyển vận 3 được sử dụng để bơm nhiên liệuvào hệ thống khi máy ngừng hoạt động lâu ngày, nhiên liệu trong hệ thống đườngống bị rò qua những chỗ không kín khít Sau đó phải khóa bơm tay lại rồi mới khởiđộng động cơ.

b : Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm phânphối

11

A

C

B 1

10

Hình 1.2 : Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm cao áp loại bơm

phân phối 1- Thùng chứa nhiên liệu; 2,4- Bơm tiếp vận; 3- Bầu lọc tinh; 4- Van điều áp; 6- Vòi phun; 7- Buồng cháy; 8- Bơm cao áp phân phối; 9- Van cao áp;

10- Piston; 11- Lỗ đưa nhiên liệu đến các vòi phun; 12- Vành điều lượng.Bơm phân phối khác với bơm nhánh ở chỗ là chỉ cần một bộ đôi piston-xylanhnhưng vẫn đảm bảo cung cấp nhiên liệu cho các xylanh Piston vừa tịnh tiến, vừaxoay Với động cơ có i xylanh thì piston sẽ chuyển động tịnh tiến i lần và trong mộtchu kỳ của động cơ, piston sẽ xoay đủ một vòng

− Lỗ nạp nhiên liệu: đưa nhiên liệu từ bơm tiếp vận vào xylanh của bơm cao áp

− Thân xylanh có rãnh dẫn nhiên liệu cao áp vào lỗ B.

− Piston gồm:

+ Phần hình trụ trên để tạo áp suất cao

+ Phần hình trụ dưới có xẻ rãnh dọc, khi rãnh này áp vào lỗ đến vòi phun thìnhiên liệu cao áp được đưa đến vòi phun

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

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 ápsuất 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

19 18 17 16

15

1 2

3 10

7

Hình 1.3 : 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

có các đường ống cao áp nối tới kim phun để phun nhiên liệu vào buồng đốt động

cơ và quá trình phun nhiên liệu được điều khiển bởi ECU

ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến (cảm biến tốc độ, cảm biến vị trí trụccam, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến nhiệt độnước làm mát, cảm biến áp suất…) sau khi xử lý các tín hiệu đầu vào này ECU sẽđưa ra tín hiệu điều khiển kim phun

Hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel không ngừng được cải tiến với các giảipháp kỹ thuật tối ưu nhằm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiệm môi trường và suất

tiêu hao nhiên liệu Các nhà khoa học đã nghiên cứu và đã đề ra nhiều biện phápkhác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức tốt quá trình cháy nhằm giới hạn chất ônhiệm Các biện pháp được đưa ra nhằm giải quyết các vấn đề sau:

- Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiênliệu- không khí

- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp

- Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trìnhphun để làm giảm HC

- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả ( ERG: Exhaust Gas Recirculation).Hiện nay, các nhược điểm của HTNL diesel đã được khắc phục dần bằng cáchcải tiến các bộ phận của hệ thống nhiên liệu như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tíchtrữ nhiên liệu áp suất cao, các ứng dụng điều khiển tự động nhờ sự phát triển củacông nghệ Trong động cơ diesel hiện đại, áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòiphun một cách riêng lẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong ống tích trữ hay còngọi là “ ống phân phối ” và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu Đó làHTNL common rail diesel Hệ thống Common Rail về cơ bản bao gồm các thànhphần sau:

− 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 suất cao)

Các thiết bị sau cũng cần cho sự hoạt động điều khiển của hệ thống :

− ECU : − Cảm biến tốc độ trục khuỷu : − Cảm biến tốc độ trục cam

− Cảm biến bàn đạp ga

Kim phun được nối với ống tích nhiên liệu áp suất cao (rail) bằng mộtđường ống ngắn Kết hợp với đầu phun và van điện từ được cung cấp điện quaECU Khi van solenoid không được cấp điện thì kim ngừng phun Nhờ áp suấtphun không đổi, lượng nhiên liệu phun ra sẽ tỷ lệ với độ dài của xung điềukhiển solenoid Yêu cầu mở nhanh solenoid được đáp ứng bằng việc sử dụngđiện áp cao và dòng lớn Thời điểm phun được điều khiển bằng hệ thống điềukhiển góc phun sớm Hệ thống này dùng một cảm biến trên trục khuỷu để nhận

Lợi ích của vòi phun common rail là làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu đượcphun ra với áp suất rất cao đồng thời kết hợp hệ thống điều khiển điện tử để kiểmsoát lượng phun, thời điểm phun một cách chính xác Do đó làm hiệu suất động cơ

và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn

+ So với hệ thống cũ dẫn động bằng trục cam thì hệ thống nhiên liệu CommonRail khá linh hoạt trong việc đáp ứng thích nghi để điều khiển phun nhiên liệu chođộng cơ diesel như:

- Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch, khách,tải nhẹ, tải nặng, xe lửa vàtàu thủy)

- Áp suất phun đạt đến 1350 bar

- Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động của động cơ

- Có thể thay đổi thời điểm phun

Phun nhiên liệu chia làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun chính và phun kết

thúc Các giai đoạn phun sơ khởi làm giảm thời gian cháy trễ và phun thứ cấp tạo

cho quá trình cháy hoàn thiện Với phương pháp này áp suất phun lên đến 1350 bar

có thể thực hiện ở mọi thời điểm ngay cả lúc động cơ đang ở tốc độ thấp

Qua đây ta thấy hệ thống nhiên liệu common rail có những ưu điểm sau

· Tiêu hao nhiên liệu thấp

· Phát thải ô nhiễm thấp

· Động cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn

· Cải thiện tính năng động cơ

.Thiết kế phù hợp để thay thế cho các động cơ Diesel đang sử dụng Tức việc bốtrí các thành phần và lắp đặt chúng trên động cơ phù hợp với các động cơ đang tồntại Động cơ Diesel thế hệ “cũ”, trong quá trình làm việc hệ thống cung cấp nhiênliệu thì tạo ra tiếng ồn khá lớn Khi khởi động và tăng tốc đột ngột lượng khói đenthải ra lớn Vì vậy làm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm cao Ở HTNL common rail ápsuất phun lên đến 1350 bar, có thể phun ở mọi thời điểm, mọi chế độ làm việc vàngay cả động cơ lúc thấp tốc mà áp suất phun vẫn không thay đổi Với áp suất cao,nhiên liệu được phun càng tơi nên quá trình cháy càng sạch hơn

Ngoài những ưu điểm nổi trội như đã nêu trên thì hệ thống nhiên liệu commonrail còn tồn tại một số nhược điểm sau:

· Thiết kế và chế tạo phức tạp đòi hỏi có ngành công nghệ cao.

· Khó xác định và lắp đặt các chi tiết common rail trên động cơ cũ

1.2 Sự hình thành hỗn hợp không khí và nhiên liệu trong buồng cháy của động

cơ Diezel.

Tính kinh tế của động cơ Diesel, tiếng ồn và ứng suất của cơ cấu trục khuỷuthanh truyền phụ thuộc nhiều vào tốc độ biến thiên hóa năng của nhiên liệu thànhnhiệt năng Diễn biến thời gian cấp nhiên liệu, tính chất của nhiên liệu có ý nghĩaquyết định tới tốc độ phản ứng hóa học, quá trình tạo hỗn hợp giữa nhiên liệu vàkhông khí Vì vậy để quá trình cháy diễn ra 1 cách hiệu quả nhất thì ta cần điềuchỉnh thật tốt chùm tia nhiên liệu trong buồng cháy Diễn biến thời gian tạo hỗnhợp được điều khiển bởi kết cấu buồng cháy bằng cách phân chia nhiên liệu thànhhạt nhỏ mịn kết hợp với xoáy lốc của không khí để tạo được sự tối ưu trong quátrình cháy của nhiên liệu trong buồng cháy của động cơ

Ở động cơ Diesel hỗn hợp nhiên liệu và không khí được hình thành bên trong xylanh động cơ trong 1 khoảng thời gian rất ngắn Tính theo góc quay của trục khuỷu,chỉ bằng 1/10 đến 1/20 so với trường hợp của động cơ xăng Ngoài ra nhiên liệucủa động cơ Diesel lại khó bay hơi hơn động cơ xăng nên nhiên liệu phải được phunthật tơi và hoà trộn thật đều trong không gian buồng cháy thì quá trình cháy mớithạt hiệu quả Vì vậy phải tạo điều kiện để nhiên liệu được sấy nóng, bay hơi nhanh

và hoà trộn đều với không khí trong buồng cháy nhằm tạo ra hỗn hợp tốt nhất Mặtkhác phải đảm bảo cho nhiệt độ không khí trong buồng cháy tại thời gian phunnhiên liệu phải đủ lớn để hỗn hợp không khí và nhiên liệu tự bốc cháy Quy luậtcháy và tỏa nhiệt trong động cơ có ý nghĩa quyết định tới các thông số như áp suấtcháy, hiệu suất nhiệt, công suất, và thành phần chất độc trong khí thải của động cơ.Trong đó quy luật phun nhiên liệu có ý nghĩa quyết định tới chất lượng phun sương

mù và khả năng bốc hơi của nhiên liệu trong buồng cháy

Quá trình hình thành hỗn hợp và quá trình bốc cháy nhiên liệu trong động cơDiesel chồng chéo lên nhau, xảy ra liên tục Sau khi phun nhiên liệu thì trong buồngcháy diễn ra một loạt thay đổi về tính chất lý hoá của nhiên liệu, sau đó một phầnnhiên liệu được phun vào trước đã tạo thành hoà khí thì tự bốc cháy trong khi nhiên

gian tạo hỗn hợp được điều khiển bởi bản thân kết cấu buồng cháy bằng cách phânchia nhiên liệu thành nhiều hạt nhỏ, mịn kết hợp với xoáy lốc của không khí Chínhđặc điểm của quá trình hình thành hoà khí và quá trình cháy như vậy nên để chophù hợp thì động cơ diesel có rất nhiều loại buồng cháy khác nhau tuỳ theo cấu tạocủa động cơ và mục đích sử dụng động cơ Hình dáng của buồng cháy phải đáp ứngcác yêu cầu kỹ thuật sau:

− Thích ứng với lượng và hình dáng chùm tia nhiên liệu phun vào

− Tạo được sự xoáy lốc mạnh trộn lẫn không khí với nhiên liệu

Hiện nay buồng cháy của động cơ Diesel được phân loại theo hai cách

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

+ Phun gián tiếp

Đối với động cơ phun trực tiếp thì buồng cháy trong động cơ được chia thành :

- Buồng cháy thống nhất

- Buồng cháy khoét lõm sâu trên đỉnh piston

Còn động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu phun gián tiếp thì buồng cháy củađộng cơ cũng được chia thành ba loại sau đây:

+ Buồng cháy xoáy lốc

D d

a : buồng cháy xoáy lốc b : Buồng cháy thống nhất c : Buồng cháy dự bị.

c : Buồng cháy kiểu man d : Buồng cháy có đỉnh khoét sâu

Quá trình hình thành hỗn hợp của động cơ Diesel chỉ chiếm một thời gian nhỏ

do đặc điểm kết cấu của động cơ và hình thành hỗn hợp nhiên liệu là hỗn hợp khôngđồng nhất Vì vậy quá trình hình thành hỗn hợp là một quá trình rất phức tạp vàdiễn ra ở nhiều giai đoạn khác nhau

Hơn nữa quá trình bay hơi của các hạt nhiên liệu rất phức tạp, điều kiện cho việcbay hơi của các hạt nhiên liệu ở mỗi vị trí của chùm tia là khác nhau do đó việc tínhtoán là rất phức tạp và chỉ mang tính gần đúng Nhiên liệu phun vào buồng cháy cóđường kính khác nhau mà sự sấy nóng và bay hơi của các hạt nhiên liệu lại phụthuộc rất nhiều vào đường kính, nhiệt độ, áp suất của các hạt nhiên liệu phun vào.Ngoài ra còn phụ thuộc vào tính chất vật lý của nhiên liệu Thời gian để bay hơihoàn toàn các hạt nhiên liệu trong xy lanh động cơ phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ ởthời điểm phun Khi tăng áp suất không khí nạp sẽ ảnh hưởng mạnh tới sự bay hơibởi vì áp suất và nhiệt độ của không khí cuối quá trình nén sẽ tăng Sự xoáy lốcmạnh của không khí nạp trong buông cháy cũng có tác dung nâng cao cường độ vàtốc độ bay hơi của nhiên liệu

Quá trình hình thành hoà khí tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau nhưng chủyếu là phụ thuộc vào kết cấu của buồng cháy trong động cơ

Đối với động cơ diesel có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trongđộng cơ, trong các yếu tố đó có nhiều yếu tố thuộc khâu kết cấu, thiết kế buồngcháy, kết cấu đường ống nạp và có nhiều yếu tố phụ thuộc vào chế độ hoạt độngcủa động cơ như : Số vòng quay, thời điểm phun, lượng phun

Khả năng làm việc tối ưu của động cơ Diesel phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố điềuchỉnh cơ bản là : Lượng nhiên liệu phun vào động cơ và thời điểm phun Cả haithông số điều chỉnh cơ bản này đều được điều chỉnh bởi bộ điều khiển điện tử trên

cơ sở xử lý các thông tin đầu vào như Số vòng quay, chế độ tải trọng động cơ,nhiệt độ nước làm mát Nói chung có nhiều bộ xử lý điều khiển nhiều hệ thốngkhác nhau lắp trên ôtô Tuy nhiên bộ xử lý nào cũng hoạt động theo nguyên lý thuthập thông tin vào điều kiện làm việc của hệ thống và trên cơ sở đó điều khiển các

cơ cấu chấp hành theo cách mà người thiết kế mong muốn Khuynh hướng hiện nayvẫn tập trung vào việc nghiên cứu quá trình tạo hỗn hợp cháy trong động cơ Dieselnhằm mục đích nâng cao công suất, tiết kiệm nhiên liệu, giảm chất độc hại trong khíthải

2 Giới thiệu chung về động cơ DW10 ATED.

2.1 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 phunnhiên 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 vàđược dẫn động bằng đai răng kết hợp cơ cấu điều chỉnh khe hở thủy lực , duy trì khe hởbằng 0 nhờ áp lực dầu và áp lực của lò xo Nhờ vậy chất lượng nạp và thải tốt hơn (nạpđầy, thải sạch), nhằm tăng công suất động cơ, giảm được lượng khí thải độc hại gây ônhiễm môi trường Với hệ thống phun nhiên liệu diesel điều khiển bằng điện tử và hệthống tuần 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 cấpnhiên 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

Thông số Giá trị Đơn vị

2.2 Đặc điểm các nhóm chi tiết và cơ cấu chính của động cơ DW10 ATED.

2.2.1 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

- 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

2.2.3 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 DW10 ATED thì dùng loại gioăng bằng thép nhiều lớp xếp lại với nhau, bề mặt được phủ 1 lớp chất dẻo để tăngtính làm kín

Hình 2.5 : Gioăng bao kín.

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

Chiều dày các lá thép cụ thể như sau

và nắp xylanh tạo thành buồng cháy

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

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

Lỗ đột dấu

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 mộtxéc măng dầu

1 2 3

Hình 2.7 : Pít tông

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

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 làm mát 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 ngănkhông 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

2.2.5 Trục khuỷu.

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 có độ cứng vững cao

1 2 3

Hình 2.8 Trục khuỷu

1 : Chốt khuỷu 2 : Cổ khuỷu 3 : Má khuỷu

2.2.6 Bánh đà :

Bánh đà có công dụng chủ yếu là đảm bảo tốc độ quay của trục khuỷu đồng

đều Trong quá trình làm việc, bánh đà tích trữ năng lượng dư sinh ra trong hành trình sinh công để bù đắp lại phần năng lượng thiếu hụt trong các hành trình tiêu hao công.làmcho trục khuỷu quay đều hơn, giảm biên độ dao động của 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

- Đường kính bánh đà 275 mm

- Vành răng bánh đà có 60 răng trong đó có 2 cái dùng để xác định điểm chết trên

2.2.7 Cơ cấu phân phối khí.

4

3 2 1

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

3 4

5 6

Trục cam được dẫn động bằng đai răng nên kết cấu đơn giản, làm việc êm vàbền đồng thời trục cam được bố trí phía trên thân máy nên thuận lợi cho việc lắpđặt và sửa chữa Ngoài ra số răng của bánh răng trục bơm cao áp và bánh răng trụccam gấp đối số răng của bánh răng trục khuỷa nên khi đó nếu trục khuỷa quay 2vòng thì trục cam và trục bơm cao áp sẽ quay được 1 vòng quay.

2.2.9 Hệ thống hồi lưu khi xả.

a : Sơ đồ hệ thống hồi lưu khi xả

4 5 3

6

9

10 11 12

15

2 1 19

18

14 13

ECU

Hình 2.11: Sơ đồ hệ thống hồi lưu khi xả

1 : Bộ lọc khí 2 : Cảm biến lưu lượng và cảm biến nhiệt độ khí nạp 3 : Máy nén kiểu tuabin 4 : Cánh tuốc bin máy nén 5 : Tuốc bin khí xả 6 : Bộ tiêu âm xúc tác

7 : Van giảm áp 8 : Bộ điều khiển van giảm áp 9,11 : Van điện trợ lực chân không

10 : Bơm chân không 12 : Van hồi lưu khí xả 13 : Đường ống nạp 14 : Đường ống thải 15 :Buồng cháy động cơ 16 : ECU 17 : Cảm biến áp suất khi quyển(đượctích hợp trên (ECU) 18 : Bộ trao đổi không khí/ không khí 19 : Cảm biến áp suất đường ống nạp

Mỗi van hồi lưu khí xả thì được dùng cho 2 ống xả Vai trò của hệ thống EGR là làm giảm lượng Nox trong khí xả của động cơ bằng cách cho 1 phần khí xả thích hợp

quay trở lại đường nạp do đó cho phép làm bẩn hỗn hợp ở 1 số chế độ công tác nhằm làm giảm nhiệt độ cháy do đó giảm được Nox Nox được sinh ra do sự kết hợp của ni tơ

và ô xy trong khí nạp của động cơ dưới tác dụng của nhiệt độ cao.( 18000c)

So với động cơ xăng, động cơ diesel đốt nhiên liệu khó bay hơi hơn, nên việchoà trộn hỗn hợp không khí không chỉ diễn ra trong quá trình phun và bắt đầu cháy.Kết quả là hỗn hợp kém đồng nhất Vì vậy Sự hồi lưu khí thải là phương pháp để

khí thải sẽ đưa một phần khí thải vào đường ống nạp, điều này làm giảm đi lượngkhông khí sạch cung cấp cho mỗi xylanh có nghĩa là hàm lượng oxy giảm bởi vì khíthải ít oxy, kết quả là quá trình đốt cháy sẽ bị kìm hãm bớt, nhiệt độ trong quá trình

thì khói đen, CO, và HC sẽ sinh ra nhiều do thiếu oxy

Ở động cơ DW10 ATED hệ thống hồi lưu khí xả bao gồm các cụm chi tiết sau.Van hồi lưu khí xả 5, Bơm chân không 3, Van điện trợ lực chân không 2, ECU ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến lưu lượng nhiênliệu cung cấp, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến tốc độ động cơ Sau khi xử lýthông tín nhờ những quan hệ lưu trữ trong bộ nhớ , bộ vi xử lý sẽ phát tín hiệu điềukhiển hệ thống điện trợ lực khí nén để đóng mở van hồi lưu khí xả 5 để cho 1 lượngkhí xả thích hợp quay ngược lại đường ống nạp

b : Các chi tiết chính của hệ thống hồi lưu khí xả

Hình 2.12: các chi tiết chính của hệ thống hồi lưu khí xả

20 : Cảm biến tốc độ động cơ 22 ECU 23 : Van hồi lưu khí xả

24 : Van điện trợ lực chân không 25 : Bộ lọc

1 : Bộ lọc:

Hình 2.13: Bộ lọc

26 : cảm biến nhiệt độ khí nạp 27 : lưới lọc

Bộ lọc có tác dụng lọc sạch khí nạp trước khi đưa vàn xy lanh động cơ Trên

bộ lọc gắn 1 cảm biến nhiệt độ khí nạp và bộ lọc có lưới lọc rất mỏng để đảm bảochỉ cho phép 1 lượng khí phù hợp đi qua để vào đường ống nạp

Bộ lọc gồm hai thành phần đó là : điện trở nhiệt và ôm kế (NTC) ECU sẽluôn giữ lưới lọc ở nhiệt độ cố định bởi điện trở nhiệt Khi dòng khí đi qua lưulượng kế đồng thời làm mát lưới lọc thì giá trị ôm kế sẽ thay đổi lúc này ECU sẽ

27

nhận biết được sự thay đổi của ôm kế và tính toán chính xác lượng khí đi qua bộlọc.

2 : Bơm chân không :

1 2

Hình 2.14 : Bơm chân không

1 : Van an toàn 2 : Bơm chân không

Bơm chân không được dẫn động bởi trục cam Van an toàn tích hợp trên bơm để luôn giữ độ chân không ổn định trong đường ống ngay cả khi động cơ không làm việc

3 : Van điện trợ lực khí nén :

Van có 2 ngăn, 1 ngăn thông với khí quyển còn 1 ngăn chứa áp suất chân không do bơm chân không cung cấp Van hoạt động nhờ sự chênh lệch áp suất của 2 ngăn

Hình 2.15: Van điện trợ lực chân không

a : đường tới van hồi lưu khí xả b : đường nối từ bơm chân không

d : lỗ thông với áp suất khí quyển

4 : Van hồi lưu khí xả

5 6

7 8

3

1 2

4

Hình 2.16: Van hồi lưu khí xả

1- Vỏ van; 2- Màng cao su; 3- Đường dẫn khí xả đến ống góp hút; 4- Đườngdẫn khí xả vào van; 5- Đế van; 6- Van; 7- Lò xo hồi vị; 8- Đường nối với áp suấtchân không

Khi ECU đưa tín hiệu điều khiển tới van điện 2 làm cho van điện mở lúc nàynối đường (8) thông với bơm chân không, dưới tác dụng của lực hút chân không èp

lò xo (7) mở van (6) ra khỏi đế van của nó cho khí xả qua van đi vào ống góp hút đểtrộn lẫn với khí nạp mới trước khi đi vào động cơ

2.2.10 : Hệ thống tăng áp.

2 1 19

18

14 13

ECU

Hình 2.17: Sơ đồ hệ thống tăng áp

1 : Bộ lọc khí 2 : Cảm biến lưu lượng và cảm biến nhiệt độ khí nạp 3 : Máy nén kiểu tuabin 4 : Cánh tuốc bin máy nén 5 : Tuốc bin khí xả 6 : Bộ tiêu âm xúc tác

7 : Van giảm áp 8 : Bộ điều khiển van giảm áp 9,11 : Van điện trợ lực chân không

10 : Bơm chân không 12 : Van hồi lưu khí xả 13 : Đường ống nạp 14 : Đường ống thải 15 :Buồng cháy động cơ 16 : ECU 17 : Cảm biến áp suất khi quyển(đượctích hợp trên (ECU) 18 : Bộ trao đổi không khí/ không khí 19 : Cảm biến áp suất đường ống nạp

Van giảm áp 8 : Luôn giữ cho động cơ không bị hư hỏng do áp suất khuyếch đại quá dư thừa tạo ra bởi bộ tăng áp, van điều tiết này giữ cho áp lực không tăng vượt quá một mức độ xác định

Hệ thống tăng áp trên động cơ DW10 ATED là loại tăng áp kiểu tuabin khí Bộ tăng

áp có 2 ngăn, 1 ngăn nối với đường ống thải còn 1 ngăn nối với đường ống nạp Tuốc bin

và máy nén cùng trục.

Khí xả của động cơ sau khi ra ống xả sẽ đi qua và làm quay tuốc bin tăng áp 3 dotuốc bin tăng áp nối đồng trục với tuốc bin máy nén 2 nên làm quay tuốc bin máynén Khi máy nén hoạt động thì sẽ làm cho áp suất khí nạp tăng lên như vậy nhờnăng lượng khí xả mà động cơ đã được tăng áp Để đảm bảo an toàn cho bộ tăng áp

và giữ cho áp suất khí nạp tăng quá giới hạn cho phép thì trên bộ tăng áp có lắp vangiảm áp 4 Khi áp suất đường ống nạp tăng cao thì tín hiệu từ cảm biến áp suất khínạp, cảm biến lưu lượng, cảm biến nhiệt độ khí nạp và các cảm biến liên quan sẽđược gửi tới ECU Sau khi xử lý tín hiệu đầu vào ECU sẽ gửi tín hiệu đến vận hànhvan điện trợ lực chân không 7 để điều tiết lượng chân không phù hợp từ bơm chânkhông 8 Lúc này lực hút của độ chân không lên màng 5 nhỏ hơn lực đẩy của lò xo

6 do đó pít tông của van giảm áp 4 sẽ dịch chuyển sang trái và mở lỗ xả phụ ra Khi

đó 1 phần khí xả sẽ theo lỗ xả phụ ra ngoài tức lượng khí xa qua tuốc bin tăng áp 3giảm nên tốc độ quay tuốc bin giảm dẫn đến áp suất khí nạp sẽ giảm

8

7

6 4

1

3 2

ECU

5

b a

Hình 2.18 : Sơ đồ nguyên lý tăng áp:

a : Đường ống nạp b : Đường ống xả

1 : Vỏ máy nén 2 : tuốc bin máy nén 3 : tuốc bin tăng áp 4 : pít tông van giảm áp

5 : màng 6 : lò xo 7 : van điện trợ lực chân không 8 : Bơm chân không

b : Nguyên lý điều chỉnh áp suất khí nạp

Áp suất đường ống nạp được điều chỉnh như sau Khi ECU đưa tín hiệu điều khiển tới vận hành van điện 7 để mở đường thông từ bơm chân không 8 ra buồng phía sau của

van giảm áp Khi đó van giảm áp 4 đóng lỗ xả phụ lại thì toàn bộ khí xả sẽ đi qua tuốc bin 3 làm cho tuốc bin quay nhanh hơn dẫn đến tốc độ máy nén sẽ tăng lên như vậy áp suất khí nạp sẽ tăng lên Còn khi áp suất khí nạp quá lớn ECU sẽ đưa tín hiệu điều khiểntới vận hành van điện 7 để hạn chế bớt lượng chân không đi vào van giảm áp Lúc này lực đẩy của lò xo 6 lên màng 5 sẽ lớn hơn lục hút của chân không do đó pít tông van giảm áp 4 mở lỗ xả phụ ra khi đó 1 phần khí xả sẽ qua lỗ xả phụ ra ngoài tức lượng khí

xả qua tuốc bin 3 sẽ giảm như vậy tốc độ tuốc bin sẽ giảm xuống dẫn đến tốc độ máy nén giảm theo hay áp suất khí nạp sẽ giảm

8

7

6 4

1

3 2

5

ECU ECU

5

b a

1

7 8

Hình 2.19 : Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh áp suất khí nạp

1 : Máy nén 2 : Tuốc bin máy nén 3 : Tuốc bin 4 : pít tông van giảm áp

5 : Màng 6 : lò xo 7 : Van điện trợ lực chân không 8 : Bơm chân không

a : Đường ống nạp b : Đường ống xả

D : Van giảm áp mở(áp suất khí nạp giảm) – E : Van giảm áp đóng(áp suất khí nạp tăng) Chú ý : Trước khí dừng động cơ thì phải cho động cơ trở về chạy ở chế độ không tải rồi mới dừng nếu không tuân thủ điều này thì rất dễ làm phá hủy bộ tăng áp.(do tốc độ quay của tuốc bin tăng áp rất lớn)

2.2.10 : Hệ thống xông máy.

Hệ thống xông máy giúp cho động cơ dễ khởi động lạnh Trên động cơ DW10ATED hệ thống xông máy được điều khiển bởi ECU Hệ thống xông máy của động

cơ gồm các bugi sấy và mạch điều khiển Bugi được lắp xuyên qua nắp quy lát vàođến buồng cháy sao cho tránh va chạm với piston và nhiên liệu không phun trực tiếplên bugi chỉ cho một lượng sương nhiên liệu rất ít tiếp xúc vào đầu bugi nhằm tăngtuổi thọ cho bugi.

1

2

3

4

Hình 2.20 Sơ đồ hệ thống xông máy.

1 : Bugi sấy 2 : Rơ le điều khiển bugi sấy 3 : ECU Đèn báo lỗi

Bu gi sấy có chiều dài 107 mm và bao gồm 2 thành phần chính sau đó là Nhiệtđiện trở và vỏ bọc kim loại để đảm bảo an toàn

Thời gian sấy nóng do ECU điều khiển và được quyết định bởi nhiệt độ nướclàm mát Thực hiện xông nóng buồng cháy khi nhận tín hiệu từ ECU sau khi bậtkhóa điện, hệ thống xông máy sẽ cấp một dòng điện (25 ÷ 30)A đến bugi xông máylàm cho nhiệt độ đầu bugi tăng lên Khi quá trình điều khiển sấy sơ bộ gặp sự cố thìECU sẽ ghi nhận sự thay đổi đó

Bảng 2.2 : mối quan hệ giữa thời gian sấy và nhiệt độ nước làm mát

Nhiệt độ nước làm mát Thời gian sấy (s)

Khi khởi động ECU sẽ đưa tín hiệu điều khiển để vận hành các bộ phận sau

- Khởi động bơm chuyển nhiên liệu

- Bật hệ tống xông máy

- Vận hành van điều chỉnh áp suất.

Vì một nguyên nhân nào đấy làm cho áp suất nhiên liệu trong hệ thống nhiên liệu béhơn 120 bar thì nhiên liệu sẽ không phun được vào buồng cháy như vậy sẽ làm chođộng cơ không khởi động được

Khi dừng động cơ ECU sẽ đưa tín hiệu điều khiển để vận hành các bộ phận sau

- Tắt bơm chuyển nhiên liệu khi đó bơm cao áp sẽ không được cấp nhiên liệu

- Ngắt điện cung cấp cho vòi phun

3 Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu common rai động cơ DW10 ATED.

3.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu common rail của động cơ DW10 ATED.

8

12 13

Hình 3.1: 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 liệu

a : Đường nhiên liệu áp suất thấp b : Đường nhiên liệu áp suất cao c :Đường nhiênliệu hồi về thùng chứa d : dây điện từ ECU tới các cơ cấu chấp hành E : dây điện

từ các cảm biến tới ECU

3.1.2 Nguyên lý hoạt động:

Nhiên liệu được bơm cung cấp 1 đẩy đi từ thùng nhiên liệu trên đường ống thấp

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 hệ thốngCommon Rail Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ và lượng nhiên liệuphun ra Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong ống phân phối Lượng phun rađược 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 biếnnhiệt độ nhiên liệu 14 và đầu cuối có bố trí van an toàn (8), nếu áp suất tích trữtrong 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 Đầutiên đó là mạch nhiên liệu áp suất thấp Dòng nhiên liệu này sẽ đi từ thùng chứanhiên liệu qua bầu lọc 4 và qua bộ sấy nóng nhiên liệu 3 để đưa lên bơm cao áp nhờbơm chuyển nhiên liệu 1

2 3

8

7

5 6

và đưa đến vòi phun sẵn sàng phun vào xy lanh động cơ Nhiên liệu có áp suất caođược 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 do ECU điều khiển

8

7

5 6

Mạch áp suất nhiên liệu thứ 3 đó là mạch dầu hồi Nhiên liệu sau khi qua bộ lọcnếu nhiều quá thì sẽ về thùng chứa theo đường dầu hồi Nhiên liệu sau khi đến bơmcao áp nếu lượng nhiên liệu nhiều quá thì 1 phần nhiên liệu sẽ trở về thùng chứatheo đường dầu hồi Nhiên liệu áp suất cao tích trữ trong ống phân phối và trong vòiphun nếu quá nhiều thì 1 lượng nhiên liệu cũng theo đường dầu hồi về thùng chứa.

8

7

5 6

9

14

ECU

Hình 3 4 : Mạch nhiên liệu hồi.

Khác với hệ thống phun nhiên liệu diesel truyền thống trước đây đó là các vòiphun đều được cung cấp nhiên liệu bởi các bơm cáo áp độc lập, một bơm phân phốidẫn động bởi động cơ sẽ cung cấp nhiên liệu theo các đường độc lập đến vòi phun

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 bằng mộtbơm cao áp riêng Từ ống phân phối này, nhiên liệu sẽ được phân phối tới các vòiphun cao áp Với cải tiến mới này, so với các động cơ diesel thế hệ cũ hơn hệ thốngCommon rail khi đó đã tạo ra một áp suất phun tới 1350 bar ngay cả khi số vòng tuamáy thấp Việc tạo ra nhiên liệu có áp suất cao và duy trì áp suất đó ngay cả khi tốc

độ động cơ thay đổi đồng thời cung cấp một lượng nhiên liệu rất đều vào tất cả cácvòi phun là một quá trình phức tạp Đó là quá trình kết hợp làm việc nhịp nhàng của

các bộ phận sau , bơm cao áp, van điều chỉnh áp suất, ống phân phối, cảm biến ápsuất nhiên liệu, van hạn chế áp suất, ECU.

1

2

4 3

5

Hình 3.5 : 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 suấtĐầu tiên cảm biến áp suất được gắn trên ống phân phối sẽ ghi nhận tình trạng ápsuất nhiên liệu trong ống phân phối Sau đó sẽ gửi thông tin về áp suất nhiên liệutrong ống phân phối về ECU bằng tín hiệu điện ECU sẽ xử lý tín hiệu đó và ECU

sẽ vận hành van điều khiển áp suất làm việc một cách hợp lý để giữ cho áp suấtnhiên liệu trong ống phân phối luôn trong một khoảng giới hạn hợp lý Ngoài ra đểgiữ cho các bộ phận của hệ thống nhiên liệu luôn an toàn thì trên ống phân phối cógắn một van giới hạn áp suất ở cuối ống phân phối

3.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ DW10 ATED.

3.2.1 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 Nhiên liệuđược tăng áp suất này sau khi ra khỏi bơm cao áp được vận chuyển đến đường ốngcao áp chung để sẵn sàng phun vào buồng cháy của các xy lanh.

ba

5 4

9

8 7

6 3

2

1

Hình 3.6 : 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 cao áp

4 : Van ngắt 5 : Van an toàn 6 : Ống nối dầu cao áp 7 : Van điều chỉnh áp suất

8 : Đường dầu hồi 9 : Cam lệch tâm

a : Nguyên lý hoạt động của bơm cao áp

Bơm nạp đưa nhiên liệu từ thùng chứa nhiên liệu qua bộ lọc đến đường dầu vàobơm cao áp bằng đường nhiên liệu 1

Trục 2 của bơm cao áp có cam lệch tâm làm di chuyển 3 piston lên xuống tùytheo hình dạng các vấu cam làm cho 3 piston hút nén một cách liên tục Van nạp mở

ra nhiên liệu được đưa đến buồng chứa của bơm piston tại đây nhiên liệu được néndưới áp suất cao khi piston lên tới điểm chết trên, nhiên liệu thoát ra ngoài đến ốngphân phối Do bơm cao áp được thiết kế để có thể phân phối lượng nhiên liệu lớnnên lượng nhiên liệu có áp suất cao sẽ bị thừa trong giai đoạn chạy cầm chừng vàtải trung bình Lượng nhiên liệu thừa này sẽ được trở lại bình chứa thông qua vanđiều 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 bơm cao ápgồm : Bơm piston, van điều chỉnh áp suất.

b : Bơm piston

Bơm piston của bơm cao áp làm nhiệm vụ bơm nhiên liệu áp suất cao đến ốngphân phối, lượng nhiên liệu được bơm ít hay nhiều phụ thuộc vào van điều chỉnh ápsuất

Hình 3.7 : 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 cách nhau

120 độ , 3 piston này được đẩy lên nhờ cam lệch tâm, hành trình đi xuống củapiston nhờ lò xo và cam lệch tâm Khi Piston đi xuống nhờ lực đẩy của lò xo, vannạp mở ra Nhờ độ chân không phía trên piston nhiên liệu được nạp vào không giannày cho đến khi piston nằm ở vị trí thấp nhất Piston đi lên nhờ cam lệch tâm thìnhiên 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 ống phân phối, đồngthời 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 nên khipiston A đi lên thực hiện quá trình nén và bơm nhiên liệu đến ống phân phối pistonthì B và C đi xuống thực hiện quá trình hút, 3 bơm làm việc luân phiên hút và nénnhiên liệu, bơm nhiên liệu đến ống phân phối dưới áp suất cao và ổn định Với kiểubơm 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 hơn đồng thờigiảm được tải trọng động trên động cơ.

3.2.2 Van điều chỉnh áp suất.

a

Hình 3.8 : 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

Van điều chỉnh áp suất được gá lên bơm cao áp Để ngăn cách khu vực ápsuất cao với khu vực áp suất thấp, một lõi thép đẩy van bi vào vị trí đóngkín Có 2 lực tác dụng lên lõi thép: Lực đẩy xuống dưới bởi lò xo và lực điện

từ Nhằm bôi trơn và giải nhiệt, lõi thép được nhiên liệu bao quanh Thôngtin áp suất nhiên liệu trong ống phân phối được ghi nhận bởi cảm biến ápsuất nhiên liệu gắn trên ống phân phối Thông tin này được gửi đến ECU xácđịnh tình trạng áp suất trong ống phân phối để tính toán và vận hành vanđiều khiển áp suất nhằm điều hòa lại áp suất nhiên liệu trong 1 giới hạn xácđịnh.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 Tức áp suất nhiên liệu trong bơm cao ápkhông bi điều chỉnh.Khi có tín hiệu điện từ ECU gửi tới cuộn dây của vanđiều chỉnh.Lúc này cuộn dây sẽ sinh lực từ hút mạnh đĩa cảm ứng Khi lực

từ sinh ra đủ lớn thắng lực của lò xo thì đĩa cảm ứng sẽ ép mạnh lò xo làmcho van bi dịch chuyển sang phải mở lố thông cho nhiên liệu cao áp trong

bơm cao áp rò về thùng chứa như vậy áp suất nhiên liệu trong bơm cao áp sẽgiảm xuống Áp suất nhiên liệu sẽ giảm xuống đến khi lực tự do cuộn dâysinh ra và áp lực do nhiên liệu nhỏ hơn lực do lò xo đảy ngược lại Lúc đóvan bi sẽ lại dịch chuyển sang trái và đóng lỗ thông lại áp suất nhiên liệutrong bơm cao áp sẽ không giảm xuống nữa.như vậy áp suất nhiên liệu trongbơm cao áp đã được điều chỉnh nhờ van điều chỉnh áp suất.

3.2.3 Van ngắt.

b a

Hình 3.9 : Nguyên lý hoạt động của van ngắt

a : Van ngắt mở b : van ngắt đóng

Khi chưa có tín hiệu điện từ ECU gửi tới cuộn dây của van ngắt thì đĩa từ luôn nằm

ở vị trí mở Khi đó các bơm pít tông luôn làm việc bình thường và hoạt động 1 cách nhịp nhàng Khi có tín hiệu điện từ ECU gửi tín hiệu điện tới cuộn dây, lúc này cuộn dây

sẽ sinh ra lực từ Lực từ được tạo ra sẽ đẩy đĩa từ ép xuống , do đĩa từ có diện tích đủ lớn

sẽ đậy kín xy lanh bơm pít tông lại không cho nhiên liệu vào xy lanh Khi đó 1 bơm sẽ bịngắt và chỉ có hai bơm còn lại hoạt động Khi nhiệt độ nhiên liệu vượt quá 1060c thì cảm biến nhiệt độ nhiên liệu sẽ báo về ECU, ECU sẽ tiến hành vận hành cho vít ngắt làm việc, lúc này vít ngắt sẽ đóng 1 bơm pít tông lại chỉ để cho 2 bơm làm việc

20 30 40 50 60 70

Hình 3.10 : Mối quan hệ giữa tốc độ động cơ và lượng

nhiên liệu cung cấp khi van ngắt làm việc

Q : lượng nhiên liệu cung cấp N : tốc độ động cơ

a ; 2 bơm pít tông làm việc

b ; 2 hoặc 3 bơm pít tông làm việc

c ; 3 bơm pít tông làm việc

3.2.4 : Bầu lọc.

d e

a

6 5

4 3

2

1

Hình 3.11 : Bầu lọc nhiên liệu

1 : Bộ ổn định nhiệt độ dầu 2 : Lõi loc 3 : Nắp bầu lọc

4 : đệm làm kín 5 : lò xo 6 : van