Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel
- Dự trữ nhiên liệu: Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định mà không cần cấp thêm nhiên liệu vào, lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu, 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 việc của 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 phải đồng đều trong một chu trình công tác.
- Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa số lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạng buồng cháy, cường độ và phương hướng chuyển động của mỗi chất trong buồng cháy để hoà khí được hình thành nhanh và đều.
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.
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 điều khiển nằm trong thân bơm và điều khiển chung bằng 1 thanh răng.
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.
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 bơm cao áp bằng số xylanh của động cơ, các tổ bơm cung cấp nhiên liệu qua đường ống cao 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 đường ống thấp áp trở về thùng chứa. Để hệ số nạp của các tổ bơm ổn định, và không gián đoạn quá trình cấp nhiên liệu 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 khí trong 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 nguyên bơm tay sau đó nới lỏng ốc xả gió trên bầu lọc cho không khí tràn ra ngoài, rồi siết chặt ốc xả gió lại, tiếp tục bơm và lại xả đền khi nào hét không khí thì thôi Làm tương 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 liệu vào hệ thống khi máy ngừng hoạt động lâu ngày, nhiên liệu trong hệ thống đường ống bị rò qua những chỗ không kín khít Sau đó phải khóa bơm tay lại rồi mới khởi động động cơ. b : Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm phân phối.
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-xylanh nhưng vẫn đảm bảo cung cấp nhiên liệu cho các xylanh Piston vừa tịnh tiến, vừa xoay Với động cơ có i xylanh thì piston sẽ chuyển động tịnh tiến i lần và trong một chu 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.
+ 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 thì nhiên liệu cao áp được đưa đến vòi phun.
Khi piston chuyển động xuống dưới, nhiên liệu từ bơm tiếp vận qua lỗ A được 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 suất tăng cao và mở van cao áp (9), nhiên liệu theo đường cao áp vào lỗ B, vào xylanh chứa trong phần hình trụ dưới.
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 điều lượng (12), nếu mặt trong của vành điều lượng (12) che kín lỗ C thì không có nhiên liệu 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 giảm lượng nhiên liệu cung cấp. c : Hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail.
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.
Nhiên liệu có áp suất cao được bơm vào ống phân phối để từ đó cung cấp cho các kim phun Nhiên liệu từ thùng chứa 1 được bơm qua bơm điện và đi vào bộ lọc
3 qua bơm chuyển 5 qua van điều áp 6 vào bơm cao áp 10 nhiên liệu áp suất cao được bơm vào ống dự trữ qua van điều chỉnh áp suất 7 Tại đường ống phân phối sẽ 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.
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 khuỷu thanh truyền phụ thuộc nhiều vào tốc độ biến thiên hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng Diễn biến thời gian cấp nhiên liệu, tính chất của nhiên liệu có ý nghĩa quyết định tới tốc độ phản ứng hóa học, quá trình tạo hỗn hợp giữa nhiên liệu và không khí Vì vậy để quá trình cháy diễn ra 1 cách hiệu quả nhất thì ta cần điều chỉnh thật tốt chùm tia nhiên liệu trong buồng cháy Diễn biến thời gian tạo hỗn hợp được điều khiển bởi kết cấu buồng cháy bằng cách phân chia nhiên liệu thành hạt nhỏ mịn kết hợp với xoáy lốc của không khí để tạo được sự tối ưu trong quá trình 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 xy lanh 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 liệu của động cơ Diesel lại khó bay hơi hơn động cơ xăng nên nhiên liệu phải được phun thật tơi và hoà trộn thật đều trong không gian buồng cháy thì quá trình cháy mới thạt 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 Mặt khác phải đảm bảo cho nhiệt độ không khí trong buồng cháy tại thời gian phun nhiên liệu phải đủ lớn để hỗn hợp không khí và nhiên liệu tự bốc cháy Quy luật cháy và tỏa nhiệt trong động cơ có ý nghĩa quyết định tới các thông số như áp suất cháy, 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 buồng cháy diễn ra một loạt thay đổi về tính chất lý hoá của nhiên liệu, sau đó một phần nhiên liệu được phun vào trước đã tạo thành hoà khí thì tự bốc cháy trong khi nhiên liệu vẫn được tiếp tục phun vào để cung cấp cho xy lanh động cơ Diễn biến thời gian tạo hỗn hợp được điều khiển bởi bản thân kết cấu buồng cháy bằng cách phân chia nhiên liệu thành nhiều hạt nhỏ, mịn kết hợp với xoáy lốc của không khí Chính đặc điểm của quá trình hình thành hoà khí và quá trình cháy như vậy nên để cho phù hợp thì động cơ diesel có rất nhiều loại buồng cháy khác nhau tuỳ theo cấu tạo của động cơ và mục đích sử dụng động cơ Hình dáng của buồng cháy phải đáp ứng các 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 :
+ Hình thành kiểu màng trực tiếp
+ Hình thành kiểu thể tích.
+ Hình thành kiểu thể tích - màng.
- Dựa vào nhân tố điều khiển và sự hình hành hoà khí thì chia thành :
+ Phun gián tiếp. Đối với động cơ phun trực tiếp thì buồng cháy trong động cơ được chia thành :
- Buồng cháy khoét lõm sâu trên đỉnh piston.
Còn động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu phun gián tiếp thì buồng cháy của động cơ cũng được chia thành ba loại sau đây:
Hình 1.4 Kết cấu 1 số dạng buồng cháy:
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 không đồng nhất Vì vậy quá trình hình thành hỗn hợp là một quá trình rất phức tạp và diễn ra ở nhiều giai đoạn khác nhau.
Hơn nữa quá trình bay hơi của các hạt nhiên liệu rất phức tạp, điều kiện cho việc bay hơi của các hạt nhiên liệu ở mỗi vị trí của chùm tia là khác nhau do đó việc tính toán là rất phức tạp và chỉ mang tính gần đúng Nhiên liệu phun vào buồng cháy có đường kính khác nhau mà sự sấy nóng và bay hơi của các hạt nhiên liệu lại phụ thuộc 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 hơi hoàn toàn các hạt nhiên liệu trong xy lanh động cơ phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ ở thời điểm phun Khi tăng áp suất không khí nạp sẽ ảnh hưởng mạnh tới sự bay hơi bởi vì áp suất và nhiệt độ của không khí cuối quá trình nén sẽ tăng Sự xoáy lốc mạnh của không khí nạp trong buông cháy cũng có tác dung nâng cao cường độ và tốc độ bay hơi của nhiên liệu.
Quá trình hình thành hoà khí tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau nhưng chủ yếu 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 trong động cơ, trong các yếu tố đó có nhiều yếu tố thuộc khâu kết cấu, thiết kế buồng cháy, kết cấu đường ống nạp và có nhiều yếu tố phụ thuộc vào chế độ hoạt động của 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 điều chỉnh cơ bản là : Lượng nhiên liệu phun vào động cơ và thời điểm phun Cả hai thông 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 thống khác nhau lắp trên ôtô Tuy nhiên bộ xử lý nào cũng hoạt động theo nguyên lý thu thập 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 nay vẫn tập trung vào việc nghiên cứu quá trình tạo hỗn hợp cháy trong động cơ Diesel nhằm mục đích nâng cao công suất, tiết kiệm nhiên liệu, giảm chất độc hại trong khí thải.
2 Giới thiệu chung về động cơ DW10 ATED.
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 thống 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 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.
Thông số Giá trị Đơn vị
Số xy lanh 4 xy lanh thẳng hàng
Hành trình piston 88 [mm] Đường kính xilanh 85 [mm]
Công suất cực đại 80[kW] / 4000[v/ph]
Momen xoắn cực đại 250 Nm / 2000[v/ph]
Đặc điểm các nhóm chi tiết và cơ cấu chính của động cơ DW10 ATED
Thân máy và nắp xy lanh
- Thân máy là chi tiết máy cố định và có kết cấu phức tạp.
- Khối lượng và kích thước lớn.
- 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 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.
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.
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 tăng tính làm kín.
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 trình thải 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 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 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 chuyển động dọc trục Khi làm việc chốt piston có thể xoay tự do trong bệ chốt piston và bạc lót của đầu nhỏ thanh truyền.
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 : Chốt khuỷu 2 : Cổ khuỷu 3 : Má khuỷu.
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.làm cho 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.
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. b : Trục cam
Trục cam được chế tạo từ thép hợp kim , trục cam được đặt trên nắp xylanh và trục cam có 5 cổ trục chính. c : Lò xo xu páp.
- Đường kính lò xo 20,9 mm.
- Số vòng lò xo 9 vòng. d Phương án dẫn động trục cam.
Hình 2 10 : Phương án dẫn động trục cam.
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 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.
Thông số kỹ thuật của dây đai.
Tên động cơ DW10 ATED
2.2.9 Hệ thống hồi lưu khi xả. a : Sơ đồ hệ thống hồi lưu khi xả.
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(được tích 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.( 1800 0 c).
So với động cơ xăng, động cơ diesel đốt nhiên liệu khó bay hơi hơn, nên việc hoà 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 làm giảm lượng NOx sinh ra mà không làm tăng nhanh lượng khói đen Sự hồi lưu khí thải sẽ đưa một phần khí thải vào đường ống nạp, điều này làm giảm đi lượng không khí sạch cung cấp cho mỗi xylanh có nghĩa là hàm lượng oxy giảm bởi vì khí thải ít oxy, kết quả là quá trình đốt cháy sẽ bị kìm hãm bớt, nhiệt độ trong quá trình cháy giảm nên làm giảm đi lượng NOx Nếu lượng khí thải được nạp lại quá nhiều 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 nhiên liệu cung cấp, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến tốc độ động cơ Sau khi xử lý thông tín nhờ những quan hệ lưu trữ trong bộ nhớ , bộ vi xử lý sẽ phát tín hiệu điều khiển hệ thống điện trợ lực khí nén để đóng mở van hồi lưu khí xả 5 để cho 1 lượng khí 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
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 bảo chỉ 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 sẽ luôn giữ lưới lọc ở nhiệt độ cố định bởi điện trở nhiệt Khi dòng khí đi qua lưu lượng 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 bộ lọc.
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
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- Đường dẫn khí xả vào van; 5- Đế van; 6- Van; 7- Lò xo hồi vị; 8- Đường nối với áp suất chân không.
Khởi động và dừng động cơ
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 bé hơn 120 bar thì nhiên liệu sẽ không phun được vào buồng cháy như vậy sẽ làm cho động 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.
Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu common rai động cơ DW10 ATED 31 1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu common rail của động cơ DW10 ATED
Hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ DW10 ATED
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 thông qua bỏnh đai răng ( tốc độ quay của trục bơm bằng ẵ tốc độ động cơ, do bỏnh răng trục khuỷu có 21 răng còn bánh răng trục bơm có 42 răng, nhưng tối đa là 3000 vòng/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 liệu được tăng áp suất này sau khi ra khỏi bơm cao áp được vận chuyển đến đường ống cao áp chung để sẵn sàng phun vào buồng cháy của các xy lanh. d e a b
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 vào bơm cao áp bằng đường nhiên liệu 1.
Trục 2 của bơm cao áp có cam lệch tâm làm di chuyển 3 piston lên xuống tùy theo 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 nén dưới áp suất cao khi piston lên tới điểm chết trên, nhiên liệu thoát ra ngoài đến ống phân phối Do bơm cao áp được thiết kế để có thể phân phối lượng nhiên liệu lớn nên lượng nhiên liệu có áp suất cao sẽ bị thừa trong giai đoạn chạy cầm chừng và tải trung bình Lượng nhiên liệu thừa này sẽ được trở lại bình chứa thông qua van 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 bơm cao áp gồm : 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 ống phân phối, lượng nhiên liệu được bơm ít hay nhiều phụ thuộc vào van điều chỉnh áp suất. a b
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 của 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 vào không gian này cho đến khi piston nằm ở vị trí thấp nhất Piston đi lên nhờ cam lệch 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 ống phân 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 nên khi piston A đi lên thực hiện quá trình nén và bơm nhiên liệu đến ống phân phối piston 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 hơn đồng thời giảm được tải trọng động trên động cơ.
3.2.2 Van điều chỉnh áp suất. c b
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 áp suất cao với khu vực áp suất thấp, một lõi thép đẩy van bi vào vị trí đóng kín 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 Thông tin áp suất nhiên liệu trong ống phân phối được ghi nhận bởi cảm biến áp suất nhiên liệu gắn trên ống phân phối Thông tin này được gửi đến ECU 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 1 giới 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 ECU gửi tới.Lò xo ép đĩa cảm ứng đẩy van bi sang trái làm cho van bi đóng lỗ thông lại ngăn không cho dầu hồi về thùng chứa , Như thế sẽ giữ cho áp suất nhiên liệu không bị giảm xuống Tức áp suất nhiên liệu trong bơm cao áp không bi điều chỉnh.Khi có tín hiệu điện từ ECU gửi tới cuộn dây của van điều 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 làm cho 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 sẽ giảm xuống Áp suất nhiên liệu sẽ giảm xuống đến khi lực tự do cuộn dây sinh ra và áp lực do nhiên liệu nhỏ hơn lực do lò xo đảy ngược lại Lúc đó van bi sẽ lại dịch chuyển sang trái và đóng lỗ thông lại áp suất nhiên liệu trong bơm cao áp sẽ không giảm xuống nữa.như vậy áp suất nhiên liệu trong bơm cao áp đã được điều chỉnh nhờ van điều chỉnh áp suất.
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 bị ngắt và chỉ có hai bơm còn lại hoạt động Khi nhiệt độ nhiên liệu vượt quá 106 0 c 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.
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.
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 a , đường dầu từ bơm chuyển nhiên liệu : b , đường dầu tới bơm cao áp. c, đường dầu về thùng nhiên liệu.: d, đường dầu từ bộ sấy nóng nhiên liệu. e, đường dầu tới bộ sấy nóng nhiên liệu.
Sự làm việc lâu dài làm cho hiệu quả của bơm cung cấp nhiên liệu cũng như vòi phun và bơm phân phối phụ thuộc vào chất lượng lọc của lọc nhiên liệu Một bộ lọc nhiên liệu không thích hợp có thể dẫn tói hư hỏng các thành phần của bơm, van, kim phun.bộ lọc nhiên liệu sẽ làm sạch nhiên liệu trước khi đưa nhiên liệu tới bơm cao áp Và ngăn sự mài mòn các chi tiết của hệ thống nhiên liệu.Bộ lọc nhiên liệu của động cơ DW10 ATED làm việc như sau.
Nhiên liệu từ bơm cung cấp được đưa tới bầu lọc, ở đầu vào bộ lọc có 1 ổn định nhiệt độ nhiên liệu Nếu nhiệt độ nhiên liệu đủ lớn thì tấm kim loại trên cảm biến nhiệt độ duỗi ra ngăn không cho nhiên liệu đi qua bộ sấy nóng nhiên liệu mà đi thẳng lên bộ lọc và tới bơm cao áp Nếu nhiệt độ nhiên liệu nhỏ hơn giới hạn cho phép thì tấm kim loại cong lên và nhiên liệu sẽ qua bộ sấy nóng nhiên liệu trước khi qua phần tử lọc để được sấy nóng trước ngoài ra trong bộ lọc còn có van hồi dầu , van hồi dầu sẽ mở ra để nhiên liệu trở về thùng chứ khi bơm tiếp vận cấp 1 lượng dầu quá lớn van hồi dầu sẽ mở khi áp suất nhiên liệu trong bầu lọc vượt quá 2,5 bar Bộ lọc phải được thay thế sau
60000 KM và phải xả nước sau 20000 KM. a b c
Hình 3.12 : Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ ổn định nhiệt độ nhiên liệu. a : Nhiệt độ dầu dưới 15 0 c b:Nhiệt độ dầu từ 15 0 c đến 25 0 c c: Nhiệt độ dầu trên 25 0
1 : Van giới hạn áp suất 2 : Ống nối nhiên liệu cao áp 3 : Vòng siết ống phân phối 4 : Ống phân phối 5 : Cảm biết áp suất nhiên liệu 6 : Cảm biết nhiệt độ nhiên liệu.
Nhiên liệu có áp suất cao được dẫn vào ống phân phối thông qua đường ống cao áp ống phân phối sẽ giữ cho áp suất nhiên liệu có áp suất cao 1 cách ổn định để phân phối đến từng kim phun bằng các đường ống riêng biêt. Ống phân phối nhiên liệu dùng để chứa nhiên liệu áp suất cao và giảm chấn do sự giao động áp suất của bơm cao áp tạo ra trong thể tích của ống Khi vòi phun lấy nhiên liệu từ ống phân phối để phun thì áp suất nhiên liệu trong ống phân phối không đổi Điều này thực hiện được nhờ vào sự co giãn của nhiên liệu Ở trên ống phân phối nhiên liệu có lắp một cảm biến áp suất nhiên liệu (FRP), một cảm biến nhiệt độ nhiên liệu và một van an toàn, Cảm biến áp suất nhiên liệu đo áp suất trong ống và được duy trì bởi van lưu lượng nhằm duy trì áp suất khoảng 2000 bar. Ống này dùng chung cho các xy lanh nên có tên là (đường ống chung - Commom Rail) Ngay cả khi một lượng nhiên liệu mất đi khi phun, ống vẫn duy trì một áp suất thực tế bên trong không đổi đảm bảo cho áp suất phun của vòi phun không đổi ngay từ khi vòi phun mở Khi áp suất làm việc của hệ thống cao quá 2000 bar van an toàn 1 sẽ mở ra và nhiên liệu được hồi về thùng, mục đích của van an toàn nhằm đảm bảo an toàn cho hệ thống, ngăn ngừa sự hư hỏng xảy ra do áp suất nhiên liệu gây nên Van an toàn chỉ được phép mở có một lần, điều này có nghĩa nó phải thay thế nếu như nó đã mở một lần Ống phân phối này dùng chung cho tất cả các xy lanh Ngay cả khi một lượng nhiên liệu bị mất đi khi phun, ống vẫn duy trì áp suất thực tế bên trong không đổi Điều này đảm bảo cho áp suất phun của kim không đổi ngay từ
Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP)
Cảm biến áp suất đường ống nạp được lắp trên đường ống nạp để ghi nhận áp suất của khí nạp Đây là loại áp kế điện (Cảm biến chân không) Loại cảm biến này dựa trên nguyên lý cầu Wheaston Mạch cầu được sử dụng trong thiết bị nhằm tạo ra một điện thế phù hợp với sự thay đổi của điện trở.
Hình 3.19 : Kết cấu và sơ đồ mạch điện của cảm biến áp suất đường ống nạp 1- Tấm silicon; 2- Buồng chân không; 3- Thân cảm biến; 4- Lọc.
Cảm biến bao gồm 1 tấm silicon mỏng hai mặt được phủ thạch anh để tạo thành điện trở áp điện Các điện trở mắc với điện trở áp điện tạo thành mạch cầu Wheastone Khi áp suất trong đường ống nạp thay đổi, giá trị điện trở áp điện sẽ thay đổi, nhờ mạch cầu Wheastone biến sự thay đổi điện trở thành sự thay đổi điện áp và báo về PCM qua chân PIM Điện áp sử dụng ở đây là 5V.
1 : ECU 12 : Vòi phun 13 : van ngắt của bơm cao áp 14 : van điều chỉnh áp suất cao.
2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp (IAT).
- Vị trí: Cảm biến nhiệt độ gió nạp thường được gắn tại ống góp hút hoặc ở vị trí của bộ giải nhiệt gió nạp
Cảm biến này dùng để ghi nhận nhiệt độ không khí nạp đi vào đường ống nạp. Những thông tin về nhiệt độ khí nạp này được gửi tới ECU bằng tín hiệu điện ECU dựa vào giá trị của tín hiệu đó , kết hợp với 1 số tín hiệu khác tính toán và điều khiển phun nhiên liệu cho phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ.
- Cấu tạo: Là loại biến trở nhiệt âm NTC tuyến tính.
- Chức năng: Cảm biến nhiệt độ không khí nạp dùng nhận biết nhiệt độ không khí nạp và kết hợp với cảm biến áp suất, để xác định lượng không khí nạp đi vào động cơ rồi thông báo cho bộ xử lý PCM.
Hình 3.20a : Cảm biến nhiệt độ khí nạp
1- Điện trở; 2- Thân cảm biến; 3- Chất cách điện; 4- Giắc cắm.
Cảm biến nhiệt độ khí nạp gồm một điện trở có giá trị điện trở thay đổi khi nhiệt độ môi trường quanh nó (nhiệt độ khí nạp) thay đổi Điện trở tăng khi nhiệt độ giảm và điện trở giảm khi nhiệt độ tăng Tuỳ theo nhiệt độ khí nạp mà bộ PCM sẽ nhận tín hiệu điện thay đổi từ điện trở để tăng hoặc giảm lượng khí nạp cho phù hợp với tỷ lệ hoà trộn không khí.
Sự kiểm tra nhiệt độ khí nạp là cần thiết trong hệ thống CDI do tỉ trọng không khí thay đổi theo nhiệt độ, khi nguội tỉ trọng không khí tăng và ngược lại Vì vậy PCM cần phải nhận biết điều này để điều chỉnh phun cho hợp lý khi nhiệt độ không khí nạp thay đổi.
Cảm biến nhiệt độ khí nạp được nối với PCM như sơ đồ dưới đây.
Hình 3.20 b : Sơ đồ nối cảm biến nhiệt độ khí nạp với PCM
Chân E từ cảm biến được đưa vào chân E2 của PCM để cấp Mass cho cảm biến.Chân THA trước khi được đưa vào để xử lý tín hiệu thì phải được kéo lên nguồnVcc( thường là 5V) qua một điện trở Do điện trở trong PCM và nhiệt điện trở trong cảm biến nhiệt độ khí nạp được mắc nói tiếp nên điện áp của tín hiệu THA thay đổi khi giá trị điện trở của nhiệt điện trở thay đổi.
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (ECT)
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ghi nhận nhiệt độ của nước làm mát ( nhiệt độ động cơ) gửi thông tin về nhiệt độ nước làm mát về ECU bằng tín hiệu điện.Dựa trên thông tin tín hiệu này kết hợp với các tín hiệu khác ECU tính toán và điều khiển phun nhiên liệu cho phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát trên động cơ DW10 ATED là một nhiệt điện trở.
Cảm biến này nhận biết nhiệt độ của nước làm mát bằng một nhiệt điện trở bên trong.
Hình 3.21a : 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 Khi động cơ hoạt động, cảm biến nhiệt độ nước làm mát thường xuyên theo dõi và báo cho PCM biết tình hình nhiệt độ nước làm mát động cơ Nếu nhiệt độ nước làm mát của động cơ thấp (động cơ vừa mới khởi động) nhiên liệu sẽ bay hơi kém, vì vậy cần có 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 ECT cao được đưa tới PCM Dựa trên tín hiệu này, PCM 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 ECT được gửi đến PCM làm giảm lượng phun nhiên liệu.
Bộ cảm biến nhiệt độ nước làm mát còn có chức năng nối và điều khiển quạt làm mát nước động cơ Khi động cơ còn nguội thì quạt chưa quay, khi động cơ đạt đến nhiệt độ cần làm mát thì bộ cảm biến báo cho PCM biết đóng mạch điện cho quạt quay.
Hình 3.21b : Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Do điện trở R trong PCM và nhiệt điện trở trong cảm biến nhiệt độ nước làm mát được nối tiếp nên điện áp của tín hiệu ECT thay đổi khi giá trị điện trở của nhiệt điện trở thay đổi.
Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP)
Cảm biến vị trí trục khuỷu ghi nhận vị trí góc quay của trục khuỷu đồng thời ghi nhận tốc độ trục khuỷu.Việc xác nhận vị trí của trục khuỷu cũng chính là xác nhận vị trí các pít tông của các xy lanh.Cảm biến vị trí trục khuỷu là loại cảm biến cảm ứng từ Thông tin ghi nhận được gửi tới ECU bằng tín hiệu điện áp.Cảm biến trục khuỷu được xem như một máy phát xung từ tính ở nam châm điện bên trong cảm biến Cảm biến trục khuỷu nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc độ quay của động cơ tại vị trí răng thiếu của bánh đà, nhưng không xác định được điểm chết trên của kỳ nén hay kỳ thải Như vậy, một vòng quay trục khuỷu, cảm biến chỉ phát ra 1 xung. Phương án này làm cho độ chính xác trong đo đạc giảm xuống, tuy nhiên lại gọn
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
R nhẹ Để đo tốc độ động cơ ta phải dựa vào việc đo thời gian giữa 2 xung liên tiếp nhau Thời gian này tỷ lệ nghịch với tốc độ.
Hình 3.22a : Cảm biến vị trí trục khuỷu 1- Vỏ cảm biến; 2- Lỗ bắt bu lông; 3- Đầu nối dây điện;
4- Lớp cách điện; 5 Cuộn dây; 6- Lõi từ.
Cảm biến trục khuỷu là loại cảm biến từ trở thay đổi Điều này chỉ xảy ra khi di chuyển một vật liệu sắt từ (đầu từ trở) ngang qua từ trường cảm biến, cảm biến tạo ra tín hiệu điện áp dạng sóng hình sin truyền đến bộ xử lý Tín hiệu tạo ra khi đầu từ trở chuyển động ngang qua cảm biến Khi một răng trên đầu từ trở (5) chuyển động đến gần cảm biến (cuộn dây), đường sức từ của cảm biến thay đổi làm sinh ra một điện áp dương bên trong cuộn dây của cảm biến Từ trường thay đổi càng nhiều, điện áp sinh ra càng lớn Khi răng chuyển động ra xa từ trường thay đổi theo xu hướng ngược lại và tạo ra dạng xung âm cho đến khi khoảng hở giữa các răng thẳng hàng với đầu cảm biến lúc này điện áp không được sinh ra, không có sự thay đổi từ trường.
Như vậy khi một vật thể sắt từ quét qua, cuộn dây trong cảm biến sẽ phát ra một sóng hình sin có biên độ thay đổi theo tốc độ Để PCM nhận biết được thì phải nắn tín hiệu này thành xung vuông chuẩn 5V.
Hình 3.22b: Sơ đồ mạch điện, dạng sóng tín hiệu.
1,4- Bánh răng trục khuỷu; 2- Lõi từ; 3- Tín hiệu điện.
PCM 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 không khí càng lớn, nên từ trở cao, do đó từ trường yếu đi Tại vị trí đối diện, khe hở nhỏ, nên từ trường mạnh, tức là có nhiều đường sức từ cắt, trong cuộn dây sẽ xuất hiện một dòng điện xoay chiều, đường sức qua nó càng nhiều, thì dòng điện phát sinh càng lớn Tín hiệu sinh ra thay đổi theo vị trí của răng, và nó được PCM đọc xung điện thế sinh ra, nhờ đó mà PCM nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc động cơ.
Cảm biến vị trí trục cam (CMP)
Hình 3.23 : Kết cấu cảm biến vị trí trục cam.
1- Lỗ bắt bu lông; 2- Đầu nối dây điện; 3- Nam châm;
4-7 Phần tử Hall; 5- Dây diện; 6- Võ cảm biến.8 – Mạch điện:
9 – tín hiệu xung : 10 - Phân đoạn trên bánh đai cam.
- Vị trí: Đặc ở nắp xi lanh phía sau kim phun số 4
- Chức năng: Thông báo tín hệu vị trí trục cam và thời điểm phun dầu của xi lanh số 1.
- Cấu tạo: là loại cảm biến Hall.
Trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G có các răng.Khi trục cam quay khe hở không khí giữa các vấu nhô ra trên trục cam và cảm biến này sẽ thay đổi Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G Tín hiệu G này chuyển đi như một thông tin góc chuẩn của trục khuỷu đến PCM động cơ, kết hợp với tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu để xác định thời điểm cuối kỳ nén của mỗi xylanh và phát hiện góc quay trục khuỷu Cứ mỗi 2 vòng quay của động cơ, cảm biến tạo ra 5 xung nhưng chỉ có 1 xung làm tín hiệu điều khiển Dùng để xác định thời điểm phun nhiên liệu Để PCM nhận biết được thì phải nắn tín hiệu này thành xung vuông chuẩn 5V.
Cảm biến áp suất nhiên liệu
Cảm biến áp suất nhiên liệu được gắn trên ống phân phối để ghi nhận tình trạng áp suất nhiên liệu trong ống phân phối Gửi thông tin về áp suất nhiên liệu về ECU bằng tín hiệu điện để ECU vận hành van điều khiển áp suất nhằm làm cho áp suất nhiên liệu trong ống phân phối năm trong giới hạn cho phép Cảm biến áp suất ống đo áp suất tức thời trong ống phân phối và báo về PCM với độ chính xác thích hợp và tốc độ đủ nhanh Nhiên liệu chảy vào cảm biến áp suất đường ống thông 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 PCM.
Cấu tạo cảm bến áp suấtđược thể hiện ở hình
CẢM BIẾ N ÁP SUẤ T CAO
Hình 3.24: Cấu tạo cảm biến áp suất trên ống phân phối 1- Mạch điện; 2- Màng xo; 3- Màng của phần tử cảm biến;
4- Ống dẫn áp suất; 5- Ren lắp ghép.
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 1600 bar ) 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 0,5V- 4.5V.
Việc kiểm soát 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 có 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 PCM.
Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu ghi nhận nhiệt độ của nhiên liệu tại các chế độ hoạt động của động cơ Thông tin về nhiệt độ nhiên liệu sẽ được gửi về ECU bằng tín hiệu điện ECU dựa vào thông tin về tín hiệu đó để tính toán điều khiển lượng phun cho phù hợp từng chế độ hoạt động của động cơ Cảm biến này nhận biết nhiệt độ nhiên liệu bằng nhiệt điện trở bên trong, lắp trực tiếp trên ống phân phối Nhiên liệu sẽ bay hơi kém khi nhiệt độ nhiên liệu thấp, vì vậy cần hỗn hợp đậm Vì thế khi nhiệt độ nhiên liệu thấp, điện trở của nhiệt điện trở tăng lên và tín hiệu điện áp THF cao được đưa đến 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.
Hình 3.25a: Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 1: Nhiệt điện trở - 2 : Vỏ – 3 : Giắc nối : Ngược lại khi nhiệt độ nhiên liệu cao, một tín hiệu điện áp thấp THF gửi đến ECU làm giảm lượng nhiên liệu phun.
Hình 3.25b: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
Do điện trở R trong ECU và nhiệt điện trở trong cảm biến nhiệt độ nhiên liệu được nối tiếp nên điện áp THF thay đổi khi điện trở của nhiệt điện trở thay đổi.
Cảm biến lưu lượng khí nạp
Cảm biến lưu lượng khí nạp được đặt trên đường ống nạp để đo lưu lượng khí nạp đi qua đường ống nạp Cảm biến dùng một hệ thống dây nhiệt để đo trực tiếp lượng khí nạp.ngoài ra còn có thêm cảm biến nhiệt độ khí nạp gắn kèm để ghi nhận nhiệt độ khí nạp
Hình 3.26 : Cảm biến lưu lượng khí nạp.
Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga
Chế độ tải của động cơ thể hiện qua vị trí bàn đạp chân ga Cảm biến vị trí bàn đạp ga được gắn ở phía dưới bàn đạp ga Cấu tạo của cảm biến là hai cảm biến HALL Cảm biến vị trí bàn đạp ga ghi nhận vị trí bàn đạp ga đang ở vị trí nào ngay sau đó gửi tín hiệu về ECU.
Từ những giá trị tín hiệu nhận được từ cảm biến vị trí bàn đạp ga gửi về kết hợp với các tín hiệu khác ECU sẽ tính toán điều khiển lượng phun nhiên liệu hợp lý.
Hình 3.27a: Cảm biến bàn đạp ga.
1- Phần tử IC Hall ; 2- Nam châm ; 3- Cần bàn đạp ga
VCP1 VPA1 EP1 VCP2 VPA2 EP2
Hình 3.27b: 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 góc của cần bàn đạp ga Khi cần bàn đạp ga đạp xuống (biến đổi góc) thì nam châm quay cùng trục cần có nghĩa là thay đổi vị trí của chúng Vào lúc đó, IC Hall phát hiện sự thay đổi từ thông 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 hoàn toàn, EP1, EP2 vị trí
V đóng hoàn toàn Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu đạp ga.Cảm biến này không chỉ phát hiện chính xác thay đổi vị trí bàn đạp ga, mà còn sử dụng phương pháp không tiếp điểm và có cấu tao đơn giản, vì thế nó không dễ bị hỏng ,giảm việc chỉnh cần ga như chân ga cổ điển.
ECU
ECU là trung tâm của hệ thống nhiên liệu common rail trên động cơ DW10 ATED ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến và các bộ phận khác , tổng hợp các giá trị của các của các tín hiệu nhận được đó để tính toán sau đó gửi tín hiệu đến điều khiển cơ cấu chấp hành ECU có chức năng kiểm tra chuẩn đoán hệ thống nhiên liệu common rail Khi hệ thống có trục trặc hay hỏng hóc ở một só bộ phận thì ECU có thể kiểm tra và phát hiện ra vị trí hư hỏng và sau đó lưu vào bộ nhớ Khi có trục trặc xẩy ra trong hệ thống thì ECU điều khiển đèn báo lỗi động cơ hoạt động không bình thường ECU còn là cầu nối để vận hành các bộ phận chấp hành khi sử dụng thiết bị kiểm tra chẩn đoán Thông qua ECU thiết bị chẩn đoán sẽ ghi nhận các thông tin của các bộ phận bằng việc dùng bộ điều khiển để điều khiển các bộ phận chấp hành , hoặc ghi nhận từ những dữ liệu có ghi trong bộ nhớ của ECU Ngoài ra ECU còn có khả năng dự phòng để khi động cơ gặp một số sự cố từ các bộ phận gửi tín hiệu thì sẽ lấy một giá trị mặc định trong bộ nhớ để điều khiển động cơ
EDU
EDU có công dụng nhận tín hiệu điều khiển phun nhiên liệu từ ECU để khuếch đại tín hiệu ( nâng cao điện áp ) đó gửi đến vận hành kim phun , bởi vì tín hiệu điện áp từ ECU gửi tới điều khiển kim phun thấp không đủ để vận hành kim phun.
Bộ xử lý
Như đã trình bày trên, căn cứ vào tín hiệu gởi về từ các cảm biến, hệ thống xử lý so sánh với các thông tin đã được lập trình sẵn trong bộ nhớ và xác định các thông số đầu ra để điều khiển các bộ phận chấp hành, đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu cho động cơ.
Vì bộ xử lý và các cảm biến đòi hỏi một điện áp làm việc rất ổn định, nên trong bộ điều khiển có lắp một bộ ổn áp Bộ ổn áp điện này cung cấp cho bộ xử lý một điện áp có giá trị xác định và ổn định Với bộ xử lý trên động cơDW10 ATED , bộ ổn áp cung cấp cho bộ xử lý mức điện áp ổn định 5 vôn để dùng làm điện áp làm việc.
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 có và không, mức điện áp có là số 1 và mức điện áp không là số 0 Tín hiệu phải được biến sang dạng số vì bộ xử lý chỉ có thể làm việc với các tín hiệu 0 và 1.
Vì mỗi loại cảm biến tạo nên một dạng khác nhau nên chúng đòi hỏi các cách biến đổi khác nhau sang dạng số Do đó, việc hiểu được cách hoạt động của các bộ biến đổi này là điều rất quan trọng.
Trước tiên ta nghiên cứu nguyên lý làm việc của bộ biến đổi tương tự số 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 có giá trị thay đổi sang tín hiệu dạng số để bộ xử lý có 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, chúng phải được biến thành dạng tín hiệu số mới có thể xử lý được.
Bộ vi xử lý
PCM hoạt động theo dạng tín hiệu số nhị phân điện áp cao, biểu hiện cho số1, điện áp thấp biểu hiện cho số 0 trong hệ số nhị phân có hai số 0 và 1 Mỗi một số hạng 0 hoặc 1 gọi là 1 bít Một dãy 8 bít sẽ tương đương 1byte hoặc một từ (word) Byte này được dùng biểu hiện cho một lệnh hoặc một mẫu thông tin Một mạch tổ hợp (IC) tạo byte và trữ byte đó Số byte mà IC có thể chứa là có giới hạn khoảng 64 kilobyte hoặc 256 kilobyte Mạch tổ hợp IC còn gọi là con chíp IC, vì hình dạng của nó IC có chức năng tính toán và tạo ra quyết định gọi là bộ xử lý (microprosessor).
Bộ vi xử lý có thể là loại 8 bít, 16 bít hay cao hơn, số bít càng cao thì việc tính toán càng nhanh Thông tin gởi đến bộ vi xử lý từ một con IC thường được gọi là bộ nhớ Trong bộ nhớ chia ra làm nhiều loại:
- ROM(read only memory): dùng trữ thông tin thường trực, bộ nhớ này chỉ đọc thông tin từ đó ra chứ không ghi vào được Thông tin của nó đã được cài đặt sẵn
- PROM(Programable Read Only Memory): cơ bản giống ROM ngoài ra trang bị thêm nhiều công dụng khác.
- RAM(Random Access Memory): bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên trữ thông tin.
Bộ vi xử lý có thể nhập bội duy nhỏ cho RAM, có hai loại:
+ Loại RAM xoá được: bộ nhớ mất khi mất nguồn.
+ Loại RAM không xoá được: giữ duy trì bộ nhớ dù khi tháo nguồn.
Bộ vi xử lý thực hiện một số chức năng khác nhau Chúng nhận và xuất trữ dữ liệu, kiểm soát tính tuần tự của các sự kiện nhờ có mạch thời gian bên trong, và ra quyết định theo kết quả của các phép tính toán học.
Tương tự như trên, bộ vi xử lý trên động cơ cũng tính toán và điều khiển các hệ thống theo một chương trình đã được cài đặt sẵn Chương trình khi viết đã dự kiến hầu hết các điều kiện vận hành của hệ thống.
Bộ kiểm tra hệ thống
Chức năng tự kiểm tra thực ra chỉ một chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ của bộ điều khiển GEM Chương trình này cho phép bộ điều khiển kiểm tra tín hiệu vào và ra khỏi hệ thống Trong trường hợp tín hiệu có giá trị nằm ngoài giới hạn cho phép, bộ điều khiển ghi vào bộ nhớ dưới dạng mã hư hỏng Sau đó, người ta dùng các thiết bị kiểm tra để đọc các mã hư hỏng này từ bộ điều khiển.
Bộ điều khiển PCM > cổng giao tiếp (gateway) > bộ GEM có thể tự động bật đèn báo hay có chuông báo nguy nếu phát hiện mã hư hỏng trong hệ thống, như báo lỗi động cơ (MIL), cảnh báo động cơ, Số khác thì cần phải qua một thủ tục đọc mã hư hỏng đơn giản có sử dụng thiết bị đọc Tuỳ theo từng hệ thống mà chúng ta có cách đọc mã hư hỏng phù hợp.
Trong một số hệ thống của động cơ có khả năng tự kiểm tra, bộ điều khiển GEM được lập trình theo kiểu Modul Trung Tâm, phương pháp lập trình Modul Trung Tâm dựa trên cơ sở: tất cả dữ liệu của các bộ điều khiển đều được nạp vào bộ điều khiển GEM Từ bộ điều khiển GEM tất cả dữ liệu đều có thể truyền đến các bộ điều khiển khác thông qua các đường truyền
CAN Tất cả các dữ liệu không lấy ra từ máy chuẩn đoán WDS mà nó được lấy ra từ bộ điều khiển GEM để truyền đến các bộ điều khiển liên quan Máy chuẩn đoán chỉ đóng vai trò như một thành viên giám sát cho quá trình lập trình Modul Trung Tâm được thực hiện.
Bộ điều khiển GEM kiểm tra lại tất cả những dữ liệu đã cài đặt vào và lưu lại những lỗi (mã báo hư hỏng DTCS) nếu có.
Bộ nhớ đầu ra
Sau khi bộ xử lý thực hiện xong các phép tính, kết quả được lưu trữ trong phần bộ nhớ dành riêng để ghi dữ liệu đầu ra, phần bộ nhớ này được đặt cùng một vùng với bộ nhớ đầu vào trong bộ nhớ RAM Cũng như bộ nhớ đầu vào, bộ nhớ đầu ra lưu trữ các số nhị phân để chuyển cho bộ xử lý tín hiệu đầu ra nhằm tạo nên những tín hiệu điều khiển.
Các chức năng của đầu ra
Tính toán nhiệt
Công suất, tính kinh tế, độ tin cậy khi làm việc và tuổi thọ của động cơ phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện của chu trình công tác Vì vậy, việc nghiên cứu các quá trình tạo nên chu trình công tác của động cơ là rất cần thiết để tìm ra các quy luật diễn biến của chúng, phát hiện những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ấy, trên cơ sở đó xác định phương hướng nâng cao tính hiệu quả và kinh tế của động cơ.Phương pháp tính toán các thông số của chu trình công tác thực tế càng hoàn hảo bao nhiêu thì sự khác biệt giữa chu trình tính toán và chu trình thực tế càng ít bấy nhiêu.
Nhiệm vụ của tính toán nhiệt động cơ là dựa trên những số liệu đã cho ban đầu để xác định các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của động cơ Kết quả của tính toán nhiệt là xây dựng được đồ thị công và đây là tài liệu cơ bản cho việc tính toán động lực học, tính sức bền và độ mài mòn của các chi tiết tiếp theo.
Tính toán chu trình nhiệt của động cơ đốt trong được tiến hành qua các bước sau:
A Thông số cho trước của động cơ :
Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị
Công suất có ích Nc Kw 80
Số vòng quay N Vòng/phút 4000 Đường kính xilanh D mm 85
Góc mở xupáp nạp 1 Độ
Góc đóng muộn xupáp nạp 2 Độ
Góc mở xupáp thải 3 Độ
Góc đóng muộn xupáp thải 4 Độ
Suất tiêu hao nhiên liệu g/kw.h
B Thông số chọn của động cơ :
Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Áp suất khí nạp pk MN/m 2 0,1
Nhiệt độ khí nạp Tr K 292
Hệ số dư lượng không khí 1,5 Áp suất cuối kì nạp pa MN/m 2 0,09 Áp suất khí sót pr MN/m 2 0,104
Nhiệt độ khí sót Tr K 700 Độ sấy nóng khí nạp mới T 20
Hệ số lợi dụng nhiệt tại z z 0,85
Hệ số lợi dụng nhiệt tai b b 0,85
Tỷ số tăng áp suất 1,8
Hệ số quết buồn cháy 2 1
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t 1,1
Hệ số điền đầy đồ tthị d 0,97
4.1.1 Tính toán các thông số của chu trình: a : Tính quá trình nạp :
1.Tính hệ số khí sót r : m a r t a r r k r p p p p T
3.Tính nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta (K) :
4.Tính sốmol không khí để đốt cháy một kg nhiên liệu M0 (kmolKk/kgnl) :
5.Tính số mol khí nạp mới M1 :
M1 = .M0 (động cơ diesel,động cơ phun xăng)
6.Tỷ nhiệt của không khí m C vkk(kJ/kmol.K)
7.Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy m C // v(kJ/kmol.K) :
8.Tỷ số của hỗn hợp cháy m C / v (kJ/kmol.K) : r v r vkk v
Có thể viết dưới dạng :
9.Tính chỉ số nén đa biến trung bình n1 :
Chọn trước n1, thế vào phương trình sau, giải bằng phương mò nghiệm.
khi sai số hai vế nhỏ hơn 0,001 thì lấy giá trị đã chọn.
10 Tính nhiệt độ cuối kỳ nén Tc (K):
11.Tính áp suất cuối kỳ nén pc (MN/m 2 ) : pc= pa. n 1 = 0,09.18 1,3656 =4,6609455 (MN/m 2 ) c :Tính quá trình cháy.
13.Tính số mol sản phẩm cháy M2 (kmol/kgnl):
14.Hệ số đổi phân tử lý thuyết.
15.Hệ số biến đổi phân tử thực tế :
16.Hệ số biến đổi phân tử tại z :
17.Tính hệ số toả nhiệt xz tại z:
18.Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn :
19.Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z :
20 Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz (K): c c v v r
Ta có phương trình bật hai :AT z 2 BT z C 0
21.Áp suất cực đại chu trình pz. pz= pc. = 4,6609455.1,8 = 8,3897019 (MN/m 2 ) d : Tính quá trình giản nở:
22.Tỷ số giản nở sớm :
23.Tỷ số giản nở sau:
24.Kiểm nghiệm lại trị số n2:
Chọn trước n2 = 1,24546 theo công thức :
= 1178,4517 25.Nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb (K) :
26.Áp suất cuối quá trình giản nở pb (MN/m 2 ):
27.Kiểm lại nhiệt độ khí sót :
4.1.2 :Tính Các thông số chỉ thị :
28.Áp suất chỉ thi trung bình lý thuyết (MN/m 2 ): trong trường hợp động cơ diesel :
29.Áp suất chỉ thi trung bình (MN/m 2 ): pi = p i / a 0,9887669 0 , 97 = 0,9591039 (MN/m 2 )
30.Hiệu suất chỉ thị động cơ i :
31.suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi (g/kw.h):
4.1.3: Tính các thông số có ích :
32.Tổn thất cơ giới pm (MN/m 2 ) :
Theo công thức kinh nghiệm :
33.áp suất trung bình (MN/m 2 ) : pe = pi – pm = 0,9591039 - 0,2448 = 0,7143039
35.Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (g/kw.h):
37.Thể tích công tác của đông cơ (dm 3 ) :
38.Kiểm nghiệm đường kính xilanh (dm):
Tính toán thông số cơ bản của bơm cao áp
Những kích thước chính của bơm cao áp (đường kính pít tông bơm cao áp d p , hành trình có ích h a ) được xác định theo lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình
V ct khi động cơ chạy ở chế độ công suất cực đại Đặc điểm của bơm cao áp của động cơ DW10 ATED là loại bơm đặc biệt Bơm là tổ hợp của 3 bơm pít tông ghép hình sao và lệch nhau 120 độ Ngoài ra bơm hoạt động luôn cung cấp nhiên liệu có áp suất cao lên ông phân phối chú không phải cấp vào cho từng xy lanh riêng biệt nên khi tính toán lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình phải chú ý.
Ta có công thức tính lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình tính theo một đơn vị thể tích công tác xylanh như sau:
Trong đó: [1]: “ Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong tập 3 ” HỒ TẤN CHUẨN- NGUYỄN ĐỨC PHÚ- TRẦN VĂN TẾ- NGUYỄN TẤT TIẾN Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiêp năm 1979
v - Hệ số nạp, được xác định ở phần tính toán nhiệt, v 0,8496752
- Hệ số dư lượng không khí, 1 , 5
Thay vào công thức (4.1), ta được:
Lượng nhiên liệu cung cấp cho một xi lanh trong một chu trình: h ct ct v V
V h - Thể tích công tác của xylanh, [lít]
Với: D: đường kính xylanh động cơ D = 85 [mm]
S: hành trình của piton S = 88 [mm]
Với hệ thống nhiên liệu thường, sử dụng bơm cao áp loại bơm dãy, mỗi tổ bơm sẽ cung cấp lượng nhiên liệu chu trình cho một xylanh tương ứng Vì vậy đường kính piston bơm cao áp được xác định theo công thức: p c c p ct p C n k V d
Trong đó: k- Hệ số đánh giá tỷ số giữa tốc độ cung cấp nhiên liệu cực đại với tốc độ trung bình, k 1 , 2 1 , 5 Chọn k 1 , 4
p - Góc phun nhiên liệu, được xác định từ điều kiện đảm bảo cho động cơ khi chạy ở chế độ thiết kế ít tốn nhiên liệu nhất Trên thực tế, ít khi vượt quá 30 35 o , chọn p 20 o
c - Hệ số cung cấp, c 0 , 75 0 , 85 , ta chọn c 0 , 75
C p - Tốc độ lớn nhất của piston bơm cao áp.
Bơm cao áp được dẫn động bởi đĩa lệch tâm, ta coi như dạng cam lồi, ta chọn hệ số tốc độ C o 1 , 5
Với số vòng quay của trục cam (trục bơm): n c 2 n 4000 2 2000 [v/ph].
Tốc độ lớn nhất của piston bơm cao áp:
Tuy nhiên ở hệ thống nhiên liệu Common rail đang khảo sát, bơm cao áp gồm 3 tổ bơm tạo ra áp suất cao trong một đường ống chung Ta tính toán đường kính piston và hành trình có ích của một tổ bơm sao cho khi trục bơm quay một vòng thì bơm cao áp cung cấp lượng nhiên liệu chu trình cho cả 4 xylanh Hơn nữa ở hệ thống nhiên liệu common rail thì bơm cao áp luôn cung cấp nhiên liệu vào ống phân phối nên lueoengj nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình cũng lớn hơn nhiều vì vậy so với loại bơm dãy thì ta chọn hệ số dữ trữ là 1.4 khi đó lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình thực tế của bơm sẽ là.
Từ công thức (4.4), ta có thể suy ra công thức tính đường kính piston bơm cao áp trong trường hợp này như sau: c ct p C n k V d
4 p d [mm] Để đơn giản cho việc gia công, sản xuất hàng loạt, ta chọn d p 5 [mm]. Đối với hệ thống nhiên liệu thường, hành trình có ích của pít tông bơm cao áp được xác định theo công thức: c p ct a f h V
Trong đó: f p - Tiết diện đỉnh piston bơm cao áp, [mm 2 ].
Tuy nhiên, với lập luận trên, hành trình có ích của bơm cao áp trong trường hợp này sẽ được tính theo công thức sau: c p ct a f h V
Tính toán các thông số cơ bản của vòi phun
Những thông số cơ bản của vòi phun phải đảm bảo tốc độ phun nhiên liệu thích hợp và đạt áp suất phun cần thiết Để tính toán ta coi vòi phun khảo sát là vòi phun kín tiêu chuẩn, vậy tốc độ phun nhiên liệu lớn nhất trong một chu trình sẽ là:
Q dV p ct ct k 6 max max
Trong đó: k- Hệ số cung cấp lớn nhất, k = 1,4.
V ct - Lượng nhiên liệu cấp cho chu trình khi động cơ hoạt động ở chế độ thiết kế, V ct 37 , 59 [mm 3 ]
p - Khoảng thời gian cấp nhiên liệu theo góc quay trục khuỷu Chọn p 20 o Thay vào (4.10), ta có tốc độ phun nhiên liệu lớn nhất trong một chu trình:
Tổng tiết diện lưu thông của các lỗ phun được xác định theo công thức sau:
nl - Khối lượng riêng của nhiên liệu, nl 0 , 85 10 3 [kg/cm 3 ].
p - Áp suất trong vòi phun, mà áp suất trong thân vòi phun bằng áp suất trong ống phân phối nên áp suât trong thân vòi phun là 1350 bar hay p p 1350 bar.
Mà 1 bar = 10 5 [N/m 2 ] = 0,1 [MN/m 2 ] hay p p 135 [MN/m 2 ]. p z - Áp suất cháy, được xác định ở phần tính toán nhiệt,
Thay vào công thức (4.11), ta có:
Diện tích tiết diện lưu thông của các lỗ vòi phun:
1 vòi phun sẽ có 5 lỗ phun nên ta có tiết diện lưu thông của 1 lỗ phun là f 1 0,176 5 0 , 035 [mm 2 ]. Đường kính tính toán của lỗ phun là : d lt
f thay số ta có d lt = 4 3 0 , , 14 035 = 0,212 [mm]
Những hư hỏng và biện pháp kiểm tra bảo dưởng , sửa chữa hệ thống nhiên liệu động cơ DW10 ATED
Khói đen
Khói đen là do chứa cacbon trong nhiên liệu không cháy, kết quả của sự cháy không hoàn toàn do hệ số quá nhỏ (tức hỗn hợp quá đậm), từ bản chất của hiện tượng này có thể do các nguyên nhân sau.
(1) Phun nhiên liệu quá nhiều. Đây là kết quả của việc cháy không hoàn toàn, tức là có quá nhiều nhiên liệu được phun vào xylanh, không có đủ khí để cháy hết, nên nhiên liệu còn lại thải ra cùng khí xả làm khí có màu đen.
Khắc phục: Cảm biến trục phân phối bị sai, lò xo điều khiển trục phân phối bị yếu.
(2) Thời gian phun quá sớm.
Nếu thời điểm phun quá sớm, nhiên liệu sẽ được phun trước khi áp suất và nhiệt độ của khí trong buồng cháy tăng đủ cao để bốc cháy Nhiên liệu được phun vào trong giai đoạn này làm hỗn hợp khí nhiên liệu quá đậm ở một vài vùng của buồng cháy Kết quả là, hỗn hợp khí- nhiên liệu ở vùng đậm này cháy không hoàn toàn và khí xả có mụi than Khi hiện tượng này nảy ra, nó thường kèm với tiếng gõ động cơ. Khắc phục: Kiểm tra các van điện từ điều khiển thời điểm phun, cảm biến vị trí vành cam.
(3) Áp suất phun thấp (do vòi phun).
Khi làm việc nếu áp suất phun nhiên liệu thấp thì không thể hình thành tia phun tốt và chất lượng hóa sương của nhiên liệu cũng xấu không tơi làm cho hỗn hợp hòa trộn không đồng đều dẫn đến cháy không triệt để, khí thải có màu đen, khi đó công suất của động cơ giảm và động cơ làm việc rất xấu ở số vòng quay thấp.
+ Khắc phục thực hiện theo các bước sau:
- Kiểm tra điều chỉnh kim phun nhiên liệu
- Kiểm tra tình trạng phun nhiên liệu:
Sử dụng thiết bị chuyên dùng là máy chuẩn đoán IDS để kiểm tra áp suất phun và lượng phun đồng đều giữa các xilanh Hơn nữa mỗi khi lập trình bộ điều khiển PCM bằng IDS, đồng thời cũng phải định dạng luôn các vòi phun Công việc hiệu chỉnh vòi phun bằng cách sử dụng WDS để nhập 16 ký tự của các vòi phun vào bộ điều khiển PCM theo thứ tự các xilanh.
(4) Có không khí trong hệ thống nhiên liệu của động cơ
Nếu có không khí bị hút vào hệ thống nhiên liệu thì động cơ bắt đầu chạy không ổn định, đứt đoạn, công suất giảm sút Khi đó khí thải có màu đen đục và động cơ rất khó khởi động Dấu hiệu đặc trưng của việc lọt không khí vào hệ thống nhiên liệu là dòng nguyên liệu từ đường ống đi vào không liên tục Muốn xác định xem có không khí bị hút vào hệ thống nhiên liệu hay không cần mở nới nút xả không khí trên bình lọc nhiên liệu, khi ấy nếu có không khí trong hệ thống nhiên liệu lúc kiểm tra sẽ có nhiên liệu hòa lẫn với bọt khí chảy ra ngoài Muốn xác định chỗ không khí lọt vào hệ thống nhiên liệu, phải quan sát ống nhiên liệu và chỗ nối ống Nếu phát hiện nhiên liệu chảy ở đường ống ở phía trước bơm nhiên liệu lúc tắt máy, thì có thể khẳng định chính nó là chỗ hút không khí vào hệ thống nhiên liệu khi máy chạy. Sau khi kiểm tra, cần vặn chặt tất cả các khớp nối ống dẫn nhiên liệu vào các chỗ bắt dụng cụ kiểm tra trên hệ thống đường ống Nếu sau khi kiểm tra và vặn chặt, vẫn còn không khí lọt vào thì phải thử độ kín của hệ thống nhiên liệu.
Lúc thử độ kín của hệ thống nhiên liệu, phải làm theo trình tự sau:
- Phải tháo ống nhiên liệu ra khỏi thùng chứa và nút kín đường ống đó lại.
- Tháo đường nhiên liệu sau bầu lọc và tra vào đó dụng cụ thử qua ống mềm.
- Kiểm tra, nếu nơi nào có nhiên liệu chảy rò chính đó là nơi bị hỏng trên đường ống nhiên liệu.
- Cần sửa chữa chỗ hở đã phát hiện bằng cách hàn vảy, rà lại chỗ tiếp xúc của khớp nối hoặc thay chi tiết mới khác.
Khói trắng
Khói trắng thường xảy ra khi động cơ khởi động Do nhiệt độ bên ngoài thấp, nhiên liệu phun ra trong điều kiện này sẽ cháy ở nhiệt độ tương đối thấp, nhiệt độ buồng cháy không tăng cao đủ để cháy hoàn toàn Vì vậy, nhiên liệu không cháy (hiđrocacbon) được xã ra ngoài dưới dạng hơi, gây ra khói trắng hay xanh da trời. Hiện tượng này có thể do nguyên nhân sau:
(1) Thời điểm phun quá trễ.
Nếu thời điểm phun quá trễ, nhiên liệu sẽ được phun sau khi piston qua điểm chết trên: Kết quả là áp suất trong buồng cháy sẽ giảm và một phần nhiên liệu không cháy sẽ được xã ra ngoài, sinh ra khói trắng Hiện tượng này đồng thời xảy ra với công suất động cơ giảm.
(2) Hệ thống sấy nhiên liệu liệu hỏng.
Nếu như hệ thống sấy nhiên liệu hỏng, nhiệt độ trong buồng cháy sẽ không thể tăng đủ cao để cháy nhiên liệu Vì vậy, một phần nhiên liệu phun vào sẽ không cháy mà thải ra ngoài, sinh ra khói trắng Hiện tượng này xẩy ra kèm với động cơ khó khởi động.
Bơm cao áp bị hỏng
(1) piston - xylanh bơm bị mòn. Động cơ sử dụng lâu ngày thì các tính năng của bơm cao áp dần dần bị sai lệch. Điều đó làm giảm công suất, giảm chỉ tiêu kinh tế của động cơ, ngoài ra còn làm cho máy khó khởi động vì lượng nguyên liệu do bơm cung cấp cho động cơ trong một chu trình bị giảm và thời điểm cung cấp nhiên liệu cũng thay đổi.
(2) Van điều áp suất của bơm cao áp bị hỏng.
Van điều tiết áp suất của bơm cao áp dùng để điều tiết áp suất nhiên liệu vào bơm chuyển nhiên liệu, do vậy không điều khiển được áp suất đến van lưu lượng được, dẫn đến động cơ mất công suất.
Bộ lọc bị tắc, hoặc có nước trong nhiên liệu
Bộ lọc dùng để khử tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu vào bơm chuyển nhiên liệu, bộ lọc bị tắc sẽ làm nhiên liệu đi vào bơm cao áp không đủ, công suất của động cơ giảm và động cơ bắt đầu nổ không đều, đứt quãng Lượng nước có trong nhiên liệu thì cảm biến sẽ báo cho bộ PCM biết
Khắc phục: Kiểm tra tình trạng lọc thông qua bộ cảnh báo lọc, nếu cần thì thay lọc mới.
Nhiên liệu rò ra lỗ vòi phun
Nếu vòi phun làm việc bình thường thì mỗi lần phun, lỗ phun phải khô ráo Nếu vòi phun phun sương mù không tốt và sau khi phun có giọt nhiên liệu đọng lại ở lỗ phun, như thế chứng tỏ nhiên liệu rò qua lỗ vòi phun Trường hợp này công suất động cơ giảm, tốn nhiều nhiên liệu, máy nóng quá và trong khí thải có nhiều khói đen.Nhiên liệu rò qua lỗ vòi phun là do van kim không tì khít lên đế van, cần phải khử bỏ những vết gỉ trên mặt tì hình côn của van kim và đế van.
Máy lì
+ Nguyên nhân là do áp suất dầu trong ống phân phối không đủ lớn.
Cần kiểm tra lọc dầu Kiểm tra bơm điện Kiểm tra đường ống Kiểm tra van điều áp Kiểm tra cảm biến áp suất nhiên liệu.
+ áp suất khí nạp không đủ lớn.
Kiểm tra đường ống nạp.Kiểm tra turbo tăng áp.Kiểm tra bộ đo gió.
5.7 Máy bị tắt đột ngột :
Kiểm tra kim phun Kiểm tra van điều áp Kiểm tra cảm biến áp suất nhiên liệu trên ống phân phối.
Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel
5.8.1 Bảo dưỡng kỹ thuật cấp một.
Dùng mắt kiểm tra tình trạng các bộ phận thuộc hệ thống cung cấp nhiên liệu, độ kín khít các mối nối, và nếu cần thì khắc phục những hư hỏng Kiểm tra sự làm việc của van tắt máy bằng điện mà dẫn động cơ cấu dẫn động bàn đạp ga điều chỉnh lưu lượng nhiên liệu bằng máy chuẩn đoán WDS.
5.8.2 Bảo dưỡng kỹ thuật cấp hai.
Kiểm tra độ kẹp chặt và độ kín khít của thùng chứa nhiên liệu, ống dẫn nhiên liệu, bơm cao áp, vòi phun, bầu lọc và cơ cấu dẫn động bơm.
Kiểm tra dòng chảy nhiên liệu nếu cần thì xả nhiên liệu cho không khí lẫn trong hệ thống ra ngoài Khởi động cho động cơ làm việc và điều chỉnh số vòng quay nhỏ nhất của trục khuỷu ở chế độ chạy không tải Kiểm tra sự làm việc của động cơ, bơm cao áp, xem khí xả có hợp lý không Tháo bầu lọc ra và thay lọc.
5.8.3 Bảo dưỡng kỹ thuật theo mùa.
Cần xả hết cặn trong thùng chứa dầu, rồi làm vệ sinh thùng Tháo vòi phun và hiệu chỉnh áp suất nâng kim phun và sự đồng đều trên các xilanh, trên máy chuẩn đoán WDS.
5.8.4 Các hư hỏng đối với hệ thống điện tử.
Các tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát quá thấp hoặc quá cao Các cảm biến vị trí trục khuỷu, trục cam, lưu lượng khí nạp
Hỏng mạch điều khiển trục bơm làm cho trục bơm luôn luôn ở vị trí cấp nhiên liệu quá thấp hoặc quá cao Các van điện từ ngưng làm việc, rơ-le không làm việc, đường truyền bị ngắt mạch, điện áp cung cấp không chính xác bộ ổn áp không làm việc Trong mạch điều khiển này, hư hỏng chủ yếu là các cảm biến các đường truyền do đó để khắc phục hư hỏng này ta dùng máy chuẩn đoán WDF kết nối vào cổng giao tiếp.
DLC chế độ chuẩn đoán bằng màn hình (EOBD) chuẩn đoán theo tiêu chuẩn châu âu Các mã lỗi và mô tả mã lỗi được thể hiện ở bảng 6 ở phần phụ lục