Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD FTV

Từ ban đầu khi động cơ này ra đời, hầu như tất cả các hệ thống đều đượcđiều khiển bằng cơ khí nên công suất động cơ, suất tiêu hao nhiên liệu, các chế độhoạt động của động cơ chưa được h

1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL.

1.1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ DIESEL.

Kỹ sư người Đức có tên là Rodlf Diesel đăng ký bằng sáng chế đầu tiên vềloại động cơ phun dầu, sau này được mang tên ông vào những năm 1892 Từ đó đếnnay loại động cơ này đã có được rất nhiều cải tiến để đến sự hoàn thiện vào nhữngnăm đầu thập niên 70 của thế kỷ XX

Từ ban đầu khi động cơ này ra đời, hầu như tất cả các hệ thống đều đượcđiều khiển bằng cơ khí nên công suất động cơ, suất tiêu hao nhiên liệu, các chế độhoạt động của động cơ chưa được hoàn thiện trong quá trình sử dụng và gây rấtnhiều khó khăn cho người sử dụng Do đó với cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật rađời vào những năm 50, 60 của thế kỷ XX đã có tác dụng tích cực làm thay đổi khảnăng tự động điều khiển của động cơ, với sự trợ giúp chủ yếu của các cảm biến, các

bộ xử lý và các bộ thừa hành làm cho quá trình điều khiển động cơ thích ứng vớiđiều kiện làm việc nhanh hơn và chính xác hơn rất nhiều so với các hệ thống điềukhiển cơ khí, thuỷ lực thường dùng trước đây

Trước sự phát triển đó hệ thống nhiên liệu, loại trừ các cơ cấu điều khiển cơkhí mà thay vào đó hệ thống điều khiển điện tử thuộc thế hệ mới góp phần cải tiến,điện tử hoá các cơ cấu, nâng cao tính kinh tế, giảm ô nhiễm môi trường và đơn giảnhoá trong quá trình điều khiển

1.2 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL.

1.2.1 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel.

 Nhiệm vụ :

- Dự trữ nhiên liệu: Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một

thời gian nhất định ; lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu ; giúp nhiênliệu chuyển động thông thoáng trong hệ thống

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

+ Lượng nhiên liệu cấp cho mổi chu trình phải phù hợp với chế độ làm

việc của động cơ

+ Phun nhiên liệu vào đúng thời điểm, đúng quy luật mong muốn.

+ Lưu lượng nhiên liêu vào các xylanh phải đồng đều Phải phun nhiênliệu vào xylanh qua lỗ phun nhỏ với chênh áp lớn phía trước và lỗ phun, để nhiênliệu được xé tơi tốt.

- Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa

số lượng và phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạngbuồng cháy và với cường độ và phương hướng chuyển động của mỗi chất trongbuồng cháy để hoà khí được hình thành nhanh và đều

 Yêu cầu :

Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel phải thoả mãn các yêu cầu sau :

- Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao

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

- Dể chế tạo, giá thành hạ

1.2.2 Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel.

Đặc điểm khác biệt của động cơ diesel so với động cơ xăng là địa điểm vàthời gian hình thành hoà khí Trong động cơ xăng, hoà khí bắt đầu hình thành ngay

từ khi xăng được hút khỏi vòi phun vào đường nạp (động cơ dùng bộ chế hoà khí)hoặc được phun vào đường ống nạp (động cơ phun xăng) Quá trình trên được còntiếp diễn trong xy lanh, suốt quá trình nạp và quá trình nén cho đến khi được đốtcháy cưỡng bức bằng tia lửa điện Ở động cơ diesel gần cuối quá trình nén, nhiênliệu mới được phun vào buồng cháy động cơ để hình thành hoà khí rồi tự bốc cháy

Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel là bộ phận quan trọng nhất của động cơ thựchiện sự hình thành hoà khí kể trên

Bơm chuyển nhiên liệu 9 hút nhiên liệu từ thùng chứa 12, sau đó đẩy tới bầulọc tinh 2 Tại bầu lọc tinh nhiên liệu được lọc sạch tạp chất, sau đó nhiên liệu theođường ống 3 tới bơm cao áp 8 Bơm cao áp tạo cho nhiên liệu một áp suất đủ lớntheo đường ống cao áp 6 đến vòi phun 4 cung cấp cho xylanh động cơ

Nhiên liệu rò qua khe hở trong thân kim phun của vòi phun và trong các tổbơm cao áp được theo đường ống dẫn 5 và 11 trở về thùng chứa

Nhiên liệu đi vào trong xylanh bơm cao áp không được lẫn không khí vìkhông khí sẽ làm cho hệ số nạp của các tổ bơm không ổn định, thậm chí có thể làm

gián đoạn quá trình cấp nhiên liệu Không khí lẫn trong hệ thống nhiên liệu có thể

là do không khí hòa tan trong nhiên liệu tách ra khi áp suất thay đổi đột ngột, cũng

có thể do khí trời lọt vào do đường ống không kín, đặc biệt là ở những khu vực mà

áp suất nhiên liệu thấp hơn áp suất khí trời Để xả không khí ra khỏi hệ thống nhiênliệu trên bầu lọc, trên vòi phun và trên bơm cao áp có bulông xả khí

6 7

8 9

10

11 12

1- Bulông xả khí ; 2- Bầu lọc nhiên liệu ; 3, 5, 6,

10, 11- Ống dẫn nhiên liệu ; 4- Vòi phu ; 7- Vantràn ; 8- Bơm cao áp ; 9- Bơm chuyển ; 12- Thùngchưa nhiên liệu ; 13- Bulông xả nước

dòng xoáy lốc này, được xé nhỏ, sấy nóng, bay hơi và hoà trộn đều với không khítạo ra hoà khí rồi tự bốc cháy.

1.2.2.1 Các dạng cấu tạo bơm cao áp trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

1.2.2.1.1 Bơm cao áp (Bosch).

Hình 1.2 : Bơm cao áp

Nguyên lý hoạt động : Piston đi xuống nhờ lực đẩy lò xo 19, van cao áp

12 đóng kín, nhờ độ chân không được tạo ra trong không gian phía trên piston,

1- Bulông xả khí ; 2- Vít hãm ; 3- Đầu nối ống nhiên liệu đến vòiphun ; 4- Đầu nối ống nhiên liệu vào bơm ; 5- Vỏ bộ hạn chếnhiên liệu ; 6- Khớp nối của trục cam ; 7- Đĩa chắn dầu ; 8- Trụcbơm ; 9- Ổ bi ; 10- Vỏ bộ điều tốc ; 11- Lò xo van cao áp ; 12-Van cao áp; 13- Xilanh bơm cao áp ; 14- Lỗ xả ; 15- Piston bơmcao áp ; 16- Vít ; 17- Ống xoay ; 18- Đĩa trên ; 19- Lò xo bơm cao

áp ; 20- Đĩa dưới ; 21- Bulông điều chỉnh ; 22- Con đội ; 23- Conlăn ; 24- Cam

khi mở các lỗ A, B nhiên liệu được nạp đầy vào không gian này cho tới khi pistonnằm ở vị trí thấp nhất.

Piston đi lên nhờ cam 24, lúc đầu nhiên liệu bị đẩy qua các lỗ A, B ra ngoài ;khi đỉnh piston che kín hai lỗ A, B thì nhiên liệu ở không gian ở phía trên piston 15tăng áp suất, đẩy mở van cao áp 12, nhiên liệu đi vào đường cao áp tới vòi phun.Quá trình cấp nhiên liệu được tiếp diễn tới khi rãnh nghiêng trên đầu piston mở lỗ

xả B thời điểm kết thúc cấp nhiên liệu, từ lúc ấy nhiên liệu từ không gian phía trênpiston qua rãnh dọc thoát qua lỗ B ra ngoài khiến áp suất trong xilanh giảm độtngột, van cao áp được đóng lại

1.2.2.1.2 Bơm phân phối.

Hình 1.3 : Bơm phân phối Hình 1.3 : Bơm phân phối

1- Bạc xả ; 2- Thiết bị điều chỉnh thời gian phun ; 3- Vành cam ; 4- Con

lăn ; 5- Đĩa truyền động ; 6- Trục vào ; 7- Bánh răng bơm chuyển ; 8- Trục

bộ điều tốc ; 9- Bánh răng bộ điều tốc ; 10- Quả văn ; 11- Đòn điều chỉnh ;12- Lò xo điều tốc ; 13- Màng chân không ; 14- Ống nối đường nạp ; 15-

AB

Nguyên lý hoạt động : Dẫn động xoay piston 20 được trục bơm 6 dẫn động,

còn dẫn động định tiến do vành cam 3 trên trục bơm 6 dẫn động Trên sườn piston

có các lỗ thoát B, khi piston xoay lỗ thoát này sẽ lần lượt ăn thông với các lỗ khoanchéo A trên đầu bơm Trong hành trình công tác nhiên liệu nén và phân phối lầnlượt qua các lỗ khoan chéo A, khi đó áp suất nhiên liệu nén đi qua van cao áp 21 rồi

đi đến vòi phun nhiên liệu của xylanh tương ứng Trên bơm còn có bơm chuyểnnhiên liệu kiểu phiến gạt được nâng lên một áp suất ổn định, quả văng 10 thông quaquan hệ tay đòn, quả văng tác động vào bạc xả 1 qua đó làm thay đổi thời điểm mở

lỗ xả và thực hiện việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp theo chế độ làm việccủa động cơ

Loại bơm này có kết cấu đơn giản hơn so với bơm cao áp thẳng hàng kiểuBosh cho nên được sử dụng rộng rải hơn, nhưng loại bơm cao áp sử dụng trong hệthống nhiên liệu Common Rail kết cấu đơn giản hơn ta khảo sát sau

1.2.2.2 Các dạng cấu tạo vòi phun trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

Trên động cơ Diesel sử dụng hai loại vòi phun là : Vòi phun hở và vòi phunkín Vòi phun kín tức là loại vòi phun có van ngăn cách không gian trong vòi phunvới không gian trong buồng cháy động cơ

Vòi phun kín được chia làm 4 loại :

+ Vòi phun kín tiêu chuẩn

+ Vòi phun kín loại van

+ Vòi phun kín có chốt trên kim phun

+ Vòi phun kín loại van lỗ phun

Vòi phun hở : Là loại vòi phun không có van ngăn cách không gian trong vòiphun với không gian trong buồng cháy động cơ do đó có các nhược điểm sau :

- Trong khoảng thời gian giữa các lần phun, một phần nhiên liệu trong vòiphun bị chèn ép nhỏ giọt vào xy lanh, đồng thời khí thể trong xy lanh cũng đi vàochiếm đầy không gian bị chèn ép đó

- Thời gian đầu và thời gian cuối của quá trình phun, chất lượng phun rấtkém vì lúc ấy áp suất nhiên liệu trong vòi phun rất thấp

- Sau mỗi lần phun vẫn còn nhiên liệu tiếp tục nhỏ giọt qua lô phun gây kếtcốc đầu vòi phun.

- Do không có van ngăn khí thể từ xy lanh vào đường nhiên liệu cao áp nênnhiều khi phần khí thể ấy sẽ gây trở ngại cho quá trình cấp nhiên liệu vào xy lanhđộng cơ

Hình 1.4 : Các dạng vòi phun

d) Có chốt trên đầu kim ; e) Phần đầu của vòi phun có chốt trên kim1- Thân ; 2 ,7- Ê cu tròng ; 3- Miệng phun ; 4- Lỗ phun ; 5- Đế kim ; 6,22- Kim ; 8- Chốt ; 9- Đũa đẩy ; 10- Đĩa lò xo ; 11- Lò xo ; 12- Cốc ;13- Vít điều chỉnh ; 14- Ê cu hãm ; 15- Đầu nối ; 16- Chụp ; 17- Lướilọc ; 18- Thân vòi phun ; 19- Đường nhiên liệu ; 20, 21- Thân kim

Khắc phục được nhược điểm trên, nên vòi phun kín làm cho chất lượng phunnhiên liệu tốt, tăng chỉ tiêu công suất và hiệu suất của động cơ đồng thời làm giảmhiện tượng kết muội than trên vòi phun và xy lanh động cơ

Nguyên lý hoạt động vòi phun kín : Nhiên liệu cao áp được bơm cao áp đưaqua lưới lọc 17, qua các đường 19 trong thân kim phun tới không gian bên trên mặtcôn tựa của van kim Lực do áp suất nhiên liệu cao áp tạo ra tác dụng lên diện tíchhình vành khăn của van kim chống lại lực ép của lò xo Khi lực của áp suất nhiênliệu lớn hơn lực ép của lò xo thì van kim bị đẩy bật lên mở đường thông cho nhiênliệu tới lỗ phun Áp suất nhiên liệu làm cho van kim bắt đầu mở được gọi là áp suấtbắt đầu phun nhiên liệu

1.2.3 Đặc điểm hình thành hoà khí trong động cơ diesel.

Hoà khí được hình thành bên trong xilanh động cơ với thời gian rất ngắn ;tính theo góc quay của trục khuỷu, chỉ bằng 1/10 đến 1/20 so với trường hợp củamáy xăng ; ngoài ra nhiên liệu diesel lại khó bay hơi hơn xăng nên phải được phunthật tơi và hoà trộn đều trong không gian buồng cháy Vì vậy phải tạo điều kiện đểnhiên liệu được sấy nóng, bay hơi nhanh và hoà trộn đều với không khí trong buồngcháy nhằm tạo ra hoà khí ; mặt khác phải đảm bảo cho nhiệt độ không khí trongbuồng cháy tại thời gian phun nhiên liệu phải đủ lớn để hoà khí tự bốc cháy

Quá trình hình thành hoà khí 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 nhiênliệu vẫn được tiếp tục phun vào để cung cấp cho xy lanh động cơ Chính đặc điểmcủa quá trình hình thành hoà khí và quá trình cháy như vậy nên để cho phù hợp thìđộng cơ diesel có rất nhiều loại buồng cháy khác nhau tuỳ theo cấu tạo của động cơ

và mục đích sử dụng động cơ Hiện nay buồng cháy của động cơ diesel được phânloại 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 trực tiếp

+ 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

+ Buồng cháy dự bị

+ Buồng cháy không khí

Quá trình hình thành hỗn hợp của động cơ diesel chỉ chiếm một thời giannhỏ do đặc điểm kết cấu của động cơ và hình thành hỗn hợp nhiên liệu là hỗn hợpkhông đồng nhất Vì vậy quá trình hình thành là một quá trình rất phức tạp và diễn

ra ở nhiều giai đoạn khác nhau

Hình 1.5 : Một số buồng cháy động cơ Diesel

a, d - Buồng cháy thống nhất ; b,e,f - Buồng

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

1.3 HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN PHUN NHIÊN LIỆU.

Đối với động cơ diesel có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháytrong động cơ, 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 diessel phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố điều chỉnh cơ bản là : Lượng nhiên liệu phun vào động cơ và thời điểm phun Cảhai thông số điều chỉnh cơ bản này đều được điều chỉnh bởi bộ điều khiển điện tửtrên 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

Như vậy, hệ thống điều khiển điện tử phun nhiên liệu trên động cơ gồm baphần chủ yếu sau :

1.3.1 Hệ thống thu thập thông tin về điều kiện làm việc của động cơ.

Các cảm biến cung cấp cho bộ xử lý về số vòng quay, vị trí bàn đạp chân ga,nhiệt độ không khí nạp, nhiệt độ nước làm mát của động cơ các cảm biến làm việctheo nguyên tắc khác nhau Các thông tin từ các cảm biến đưa về bộ xử lý dướidạng các tín hiệu điện như : tín hiệu dạng xung, tín hiệu điện áp biến đổi, tín hiệutần số và được biến đổi, xử lý sơ bộ trước khi đi vào hệ thống xử lý

1.3.2 Hệ thống xử lý.

Căn cứ vào các tín hiệu gởi về từ các cảm biến, hệ thống xử lý so sánh với các thông tin đã được cài đặt sẵn trong bộ nhớ và xác định các thông số đầu ra đểđiều khiển các bộ phận thừa hành, đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu cho động cơ

1.3.3 Hệ thống thừa hành.

Các cơ cấu chấp hành được điều khiển bằng các tín hiệu đầu ra của bộ xử lý.Các cơ cấu chấp hành như : vòi phun, bơm cao áp được hệ thống thừa hành điềukhiển sao cho động cơ làm việc phù hợp với các tín hiệu đầu vào.

Để hiểu rõ hoạt động của từng hệ thống, ta sẽ đi vào nghiên cứu chúng ởphần sau Ở đây ta chỉ nghiên cứu thệ thống thu nhập thông tin và hệ thống thừahành còn hệ thống xử lý tín hiệu phức tạp vượt quá qui định của đề tài, ta chỉ sơlược qua Tuy nhiên trước hết cần nhắc lại các nguyên tắc điều khiển trên động cơđốt trong

1.3.4 Định lượng hỗn hợp nhiên liệu, không khí.

Lượng O2, dùng để đốt cháy nhiên liệu trong buồng cháy động cơ, là lượng

O2 trong không khí Như ta biết không khí gồm hai thành phần là : O2 và N2 Tínhtheo thành phần thể tích (thành phần mol) O2 chiếm 21% còn N2 chiếm 79% Dovới một thể tích nhất định, khối lượng khí phụ thuộc vào các thông số trạng thái của

nó như : áp suất, nhiệt độ Vì vậy với một dung tích xi lanh nhất định, khối lượngkhông khí nạp vào là khác nhau nếu ở điều kiện áp suất và nhiệt độ khác nhau

Lượng nhiên liệu phun vào động cơ có thể tính toán chính xác để động cơlàm việc trong một điều kiện bên ngoài nhất định nào đó, nghĩa là ở một điều kiện

áp suất, nhiệt độ nhất định, khi các điều kiện bên ngoài thay đổi như đã phân tích ởtrên, khối lượng không khí nạp vào xi lanh cũng thay đổi làm thay đổi tỉ lệ nhiênliệu/ không khí (chính xác hơn  = tỉ lệ nhiên liệu / Ôxy) và làm cho quá trình cháydiễn ra ở chế độ không được tối ưu, tăng tiêu hao nhiên liệu

Khi động cơ đang hoạt động, lượng nhiên liệu phun vào xi lanh thay đổi tùytheo điều kiện làm việc Để đảm bảo lượng nhiên liệu phù hợp, bộ điều khiển cầnbiết được thông tin về trạng thái của lượng khí nạp

Để xác định chính xác lượng khí nạp, trên động cơ lắp thêm cảm biến đo ápsuất ( cảm biến MAF) và nhiệt độ khí nạp (IAT), chính xác hơn nữa là cảm biến lưulượng khí nạp, thể tích khí nạp được xác định thông qua thể tích công tác và hiệusuất thể tích động cơ Thể tích công tác phụ thuộc đường kính xi lanh và hành trìnhpiston, còn hiệu suất thể tích phụ thuộc kết cấu của động cơ và đường ống nạp Vìmỗi loại động cơ có một kích thước và kết cấu khác nhau nên để đãm bảo cho điều

kiện phun nhiên liệu được chính xác, các thông số kết cấu và hiệu suất thể tích đượcnạp sẵn vào bộ nhớ ROM của bộ điều khiển điện tử.

Lượng nhiên liệu phun không chỉ phụ thuộc vào lượng khí nạp, buồng cháyđộng cơ mà còn phụ thuộc nhiều yếu tố đặc trưng cho tình trạng làm việc của động

cơ, ví dụ như số vòng quay động cơ, nhiệt độ nứoc làm mát Bộ xử lý cũng sửdụng các tín hiệu nhận được từ các cảm biến đo các yếu tố đặc trưng cho tình trạnglàm việc của động cơ để điều chỉnh lượng phun sao cho đạt được tỉ lệ hỗn hợp thíchứng với điều kiện làm việc của động cơ

1.3.5 Xác định góc phun sớm.

Cũng tương tự như nguyên tắc điều khiển lượng phun, bộ xử lý điều khiểngóc phun sớm trên cơ sở tín hiệu thu được từ cảm biến đo số vòng quay động cơ vàcác cảm biến xác định trạng thái động cơ như cảm biến xác định nhiệt độ nước làmmát, cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến áp suất khí nạp

Để lựa chọn góc phun sớm tốt nhất được xác định nhờ thực nghiệm bằngcách xây dựng đặc tính điều chỉnh góc phun sớm của động cơ Đặc tính điều chỉnhgóc phun sớm được thực hiện ở điều kiện không thay đổi tốc độ n và lượng nhiênliệu cấp cho chu trình Thay đổi góc phun sớm, tại mỗi góc phun sớm xác định cácgiá trị Ne = f() và ge = f() Tại vị trí Nemax và gemax xác định góc phun sớm tốtnhất

Hinh 1.6 : Đặc tính điều chỉnh góc phun sớm.

Từ những thực nghiệm người ta đưa ra dãy góc phun sớm tuỳ thuộc vào tốc

độ động cơ và tải trọng, góc phun sớm nằm trong giới hạn từ 15 ÷ 350 Từ đó người

ta đưa ra bảng giá trị góc phun sớm ứng với từng tốc độ và tải trọng động cơ gọi làgóc phun sớm cơ sở.

Như vậy khi động cơ hoạt động, bộ xử lý nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí trụckhuỷu, cảm biến vị trí bàn đạp ga, áp suất trên đường ống nạp để xác định số vòngquay và tải trọng, động cơ tại thời điểm đó Với hai thông số này, bộ xử lý đối chiếuvào bảng góc phun sớm cơ sở để lấy ra giá trị góc phun sớm, sau đó bộ xử lý căn cứvào giá trị thu được từ các cảm biến khác nhau như : cảm biến nước làm mát, cảmbiến nhiệt độ khí nạp để hiệu chỉnh và có giá trị góc phun sớm thích hợp Giá trịđược bộ xử lý dùng để điều khiển bộ phận thừa hành ở đầu ra : bơm, và vòi phun

Để hiểu rõ hơn cơ cấu hoạt động của bộ xử lý, ta hãy xem xét chi tiết hơn vềcấu trúc khối và cơ cấu xử lý nó trong phần tiếp theo

1.3.6 Bộ xử lý.

Hình 1.7: Sơ đồ khối điều khiển điện tử phun nhiên liệu.

Như đã trình bày trên, căn cứ vào tín hiệu gởi về từ các cảm biến, hệ thống

xử lý so sánh với các thông tin đã được lập trình sẵn trong bộ nhớ và xác định cácthông số đầu ra để điều khiển các bộ phận thừa hành, đảm bảo điều kiện làm việctối ưu cho động cơ

R A

Mỗi khối trên được tạo thành từ những thành phần nhỏ hơn Để hiểu rõ hơnhoạt động của từng khối trong bộ vi xử lý, trước tiên ta nghiên cứu chúng riêng rẽrồi sau đó sẽ xem xét sự phối hợp giữa chúng với nhau trong bộ vi xử lý.

1.3.6.1 Bộ ổn áp bên trong.

Vì bộ xử lý và các cảm biến đòi hỏi một điện áp làm việc rất ổn định, nêntrong bộ điều khiển có lắp một bộ ổn áp Bộ ổn áp điện này cung cấp cho bộ xử lýmột điện áp có giá trị xác định và ổn định

1.3.6.2 Xử lý tín hiệu vào.

Bộ xử lý tín hiệu đầu vào thu nhập những tín hiệu từ các cảm biến, dướidạng 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 đượcbiến 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 cáccách biến đổi khác nhau sang dạng số Do đó, việc hiểu được cách hoạt động củacác 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 hiệuđiện áp một chiều có giá trị thay đổi sang tín hiệu dạng số để bộ xử lý có thể làmviệc 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 hiệuđiện áp tương tự thay đổi, chúng phải được biến thành dạng tín hiệu số mới có thể

xử lý được

Hình 1.8 trình bày một bộ ADC điển hình, gồm có một đầu tín hiệu vào, mộtmạch tín hiệu thực hiện chức năng biến đổi và một đầu ra 8 dây (với bộ A/D 8 bít)nối liền bộ xử lý với bộ nhớ Mạch điện tử A/D khá phức tạp, vượt ra ngoài phạm vinghiên cứu của đề tài này Chúng ta chỉ cần biết là khi tín hiệu điện áp tương tựđược đưa vào bộ A/D, thì tạo nên các tín hiệu dạng số ở đầu ra Nói cách khác, bộ

A/D biến đổi điện áp một chiều sang dạng số nhị phân 8 bít mà bộ xử lý có thể đọcđược Trong hình 1.8 cũng cho thấy sự tương quan giữa giá trị tín hiệu vào và ra của

bộ A/D

Bộ A/D biến đổi điện áp một chiều dạng tương tự số nhị phân rất nhanh, quátrình biến đổi cũng chỉ mất thời gian nhất định, khoảng chừng vài ngàn giây

Hình 1.8 : Bộ biến đổi tương tự số.

1- Cảm biến nhiệt độ ; 3- Bộ biến đổi tương tự số 2- Điện trở trong ; 4- Tín hiệu nhị phân 8 bít

là có giới hạn khoảng 64 kilobyte hoặc 256 kilobyte Mạch tổ hợp IC còn gọi là conchíp 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 caothì 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 chỉđọc 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 ratrang bị thêm nhiều công dụng khác

- RAM(Random Access Memory) : bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên trữ thôngtin 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

1.3.6.4 Bộ kiểm tra hệ thống.

Hiện nay, hầu hết các hệ thống điều khiển điện tử đều có khả năng tự kiểmtra Chức năng tự kiểm tra thực ra chỉ một chương trình được lưu trữ trong bộ nhớcủa bộ điều khiển 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 chophép, bộ điều khiển ghi vào bộ nhớ dưới dạng mã hư hỏng Sau đó, người ta dùngcác thiết bị kiểm tra để đọc các mã hư hỏng này từ bộ điều khiển

Một số bộ điều khiển có thể tự động bật đèn báo hay có chuông báo nguynếu phát hiện mã hư hỏng trong hệ thống 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 có khả năng tự kiểm tra, bộ điều khiển được lập trình

để thực hiện liên tục kiểm tra từng tín hiệu và so sánh giá trị của nó với các giá trị

đã ghi sẵn trong bộ nhớ Chú ý rằng chức năng tự kiểm tra chỉ được thực hiện theotừng bước một Thực ra, hạn chế của hệ thống là không thể đồng thời thực hiện cácbước cùng một lúc, tại một thời điểm Bộ điều kiển chỉ có thể kiểm tra và so sánhmột giá trị tín hiệu mà thôi

1.3.6.5 Bộ nhớ đầu ra.

Sau khi bộ xử lý thực hiện xong các phép tính, kết quả được lưu trữ trongphần bộ nhớ dành riêng để ghi dữ liệu đầu ra, phần bộ nhớ này được đặt cùng mộtvùng 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 nênnhững tín hiệu điều khiển.1

1.3.6.6 Các chức năng của đầu ra

Bộ xử lý không trực tiếp điều khển các thiết bị đầu ra, nó chỉ thực hiện cácphép tính và ghi giá trị vào bộ nhớ Kết quả này được bộ xử lý tín hiệu đầu ra sửdụng để tạo nên các tín hiệu điều khiển Các dạng tín hiệu điều khiển được tạo ratheo yêu cầu của các thiết bị đầu ra Cũng như bộ xử lý đầu vào, bộ xử lý đầu ragồm có nhiều khối hoạt động riêng rẽ hoặc phối hợp với nhau để tạo tín hiệu đầu ra

- Bộ biến đổi số tương tự

Hình 1.9 : Bộ biến đổi số tương tự.

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

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

tự Số càng lớn, tín hiệu tượng tự càng lớn và ngược lại Hình 1.9 minh hoạ mốitương quan giữa tín hiệu số đầu vào và tín hiệu tượng tự ở đầu ra Trong khối xử lýtín hiệu đầu ra, D/A là thiết bị nhận dữ liệu từ bộ nhớ đầu ra

- Mạch đóng ngắt dùng Transistor

Một thiết bị cũng được dùng rất nhiều trong bộ nhớ đầu ra là transistor đóngngắt Transistor đóng ngắt là linh kiện điện tử thay cho loại rơ-le đóng ngắt bằngcuộn dây thường dùng trước đây Hình 1.10 cho thấy mối tương quan giữa mộttransistor đóng ngắt và một rơ-le đóng ngắt bằng cuộn dây, cuộn dây của rơ le đượcnối chung " mát" với tiếp điểm của rơ-le Cuộn dây được nối với nguồn thông quamột công tắt nguồn Khi công tắt đóng, cuộn dây được cấp điện làm đóng tiếp điểm,nhờ vậy mạch được cấp điện Tóm lại, rơ le dòng điện nhỏ để đóng ngắt mạch códòng lớn.

Hình 1.10 : Mạch đóng ngắt dùng Transistor

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

Ưu điểm chính của "rơ le" transistor so với rơ-le cuộn dây thường dùng là ởtốc độ Bởi vì cuộn dây trong rơ-le cần thời gian mới tạo ra từ trường đủ mạnh đểđóng tiếp điểm, nên tiếp điểm không đóng ngay lập tức khi công tắt của rơ-le đóngmạch Thực ra, khi công tắt đóng mạch dòng điện chạy qua cuộn dây xuống "mát"tạo nên từ trường trong cuộn dây rồi từ trường này mới đóng tiếp điểm Mặt dù quátrình đóng ngắt xẩy ra dường như tức thời với mắt người, nhưng so với "rơ-le"transistor thì nó diễn ra khá chậm chạp, chậm hơn hàng trăm lần so với "rơ-le"transistor, sự chênh lệch về tốc độ này rất quan trọng đối với những mạch điềukhiển những thiết bị cần tốc độ đóng ngắt nhanh như mạch điều khiển vòi phunnhiên liệu hay bơm cao áp

- Điều biến độ rộng xung

Nhiều bộ phận điều khiển điện tử trên ô tô có sử dụng cuộn dây từ Chẵnhạng như hệ thống phun nhiên liệu, bơm cao áp Hầu hết các cuộn dây được điều

khiển bằng điện áp dạng sóng vuông mà tỉ lệ thời gian đóng (ON) và ngắt (OFF) cóthể thay đổi Cách thay đổi tỉ lệ thời gian đóng ngắt này gọi là điều biến độ rộngxung hay còn gọi là điều áp dạng sóng vuông có độ rộng thay đổi Trong thực tế, cónhiều loại điện áp dạng sóng vuông có độ rộng thay đổi Phổ biến nhất là loại có tần

số cố định như trong hình 1.11 và 1.12 Trong loại sóng vuông này, chỉ có tỉ lệ thìgian đóng/ngắt thay đổi, còn tần số của tín hiệu thì không thay đổi

Hình 1.11: Điều biến độ rộng xung

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

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

Hình 1.11 mô tả tín hiệu dạng sóng vuông có tần số thay đổi tại thời điểm tínhiệu thay đổi tần số Chú ý rằng trong trường hợp trên, khi tầng số tăng lên, tỉ lệthời gian đóng/ngắt vẫn không thay đổi

Hình 1.12 : Tín hiệu tần số cố định.

Hình 1.13 : Sơ đồ mạch đóng ngắt dùng transistor.

1- Bộ biến đổi số tương tự ; 3- Công tắt transistor 2- Bộ biến đổi điện áp độ rộng xung ; 4- TảiHình 1.13 mô tả tín hiệu sóng vuông có tần số thay đổi và tỉ lệ thời gianđóng/ngắt thay đổi Để điều khiển tỉ lệ thời gian đóng/ngắt, ECU đóng ngắttransistor lấy tín hiệu số 8 bít từ bộ nhớ và chuyển đến D/A Tín hiệu điện áp mộtchiều tại đầu ra của D/A truyền đến bộ biến đổi điện áp độ rộng xung là bộ biến đổitín hiệu điện áp một chiều sang tín hiệu dạng sóng vuông

Tỉ lệ thời gian đóng/ngắt được xác định theo độ lớn điện áp vào bộ biến đổi.Điện áp đầu vào càng lớn, thời gian đóng càng lâu và thời gian ngắt càng ngắn Khiđiện áp vào bộ biến đổi điện áp độ rộng xung giảm, thời gian ngắt tăng và thời gianđóng giảm Tín hiệu ở đầu ra của bộ biến đổi được sử dụng để điều khiển transistor.Transistor hoạt động như một công tắt Khi có điện áp đặt vào cực gốc, nó đóngmạch giữa cực gốc và cực phát, cho phép dòng điện đi qua thiết bị đầu ra Loạimạch dùng transistor có thể sử khi cường độ dòng điện nằm trong giới hạn chophép của transistor

2 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV.

2.1 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ 2KD-FTV.

2.2 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ 2KD-FTV.

Động cơ 2KD-FTV của hãng TOYOTA là loại động cơ 4 kỳ 4 xylanh đượcđặt thẳng hàng và làm việc theo thứ tự nổ 1-3-4-2 Động cơ có công suất lớn 75KW/3600 v/ph, hệ thống phối khí của các xupap được dẫn động trực tiếp từ trụccam thông qua con đội thuỷ lực, sử dụng con đội thuỷ lực và cách bố trí 4 xupaptrên một xylanh tạo đươc chất lượng nạp và thải (nạp đầy, thải sạch), nhằm tăngcông suất động cơ, giảm được lượng khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường Với

hệ thống phun nhiên liệu diesel bằng hệ thống tích luỹ nhiên liệu và điều khiểnbằng ECU và hệ thống tuần hoàn khí xả tạo cho động cơ luôn làm việc ở chế độ antoàn và hiệu quả cao

2.2.1 Nhóm piston.

Trong nhóm piston gồm piston, xécmăng, chốt piston và vòng hãm chốtpiston Piston là một chi tiết quan trọng của động cơ, cùng với xylanh và nắp xylanhtạo thành buồng cháy Điều kiện làm việc của piston là rất khắc nghiệt, trong quátrình làm việc của động cơ, piston chịu lực rất lớn, chịu áp suất và nhiệt độ rất cao

và ma sát mài mòn lớn

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

- Đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ cho không khí cháy trong buồng cháykhông lọt xuống cácte và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lênbuồng cháy

- Tiếp nhận lực khí thể sinh ra do quá trình cháy nổ và truyền tới thanhtruyền để làm quay trục khuỷu, nén khí trong quá trình nén, đẩy khí thải trong quátrình thải và hút khí nạp mới trong quá trình nạp

Hình 2.1 Nhóm piston.

1- Chốt piston ; 2- Vòng hãm ; 3- Xécmăng dầu;

4- Xécmăng khí thứ hai ; 5- Xécmăng khí thứ nhất

Piston của động cơ 2KD-FTV được chế tạo bằng hợp kim nhôm, trên pistonđược bố trí hai xécmăng khí và một xécmăng dầu Đường kính của piston : D = 92[mm] Hành trình piston : S = 93,8 [mm]

Đỉnh piston có dạng lõm kiểu ômêga Khi động cơ làm việc đầu piston nhận phần lớn nhiệt lượng do khí cháy truyền cho nó (khoảng 70  80%) và nhiệt lượngnày 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 vàophía 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 Trên bệ chốt có các gân đểtăng độ cứng vững

Chân piston có dạng vành đai để tăng độ cứng vững cho piston Trên chânpiston người ta cắt bỏ một phần khối lượng nhằm giảm lực quán tính cho piston nhưng không ảnh hưởng đến độ cứng vững của nó.

Chốt piston là chi tiết dùng để nối piston với đầu nhỏ thanh truyền, nó truyềnlực khí thể từ piston qua thanh truyền để làm quay trục khuỷu Trong quá trình làmviệc chốt piston chịu lực khí thể và lực quán tính rất lớn, các lực này thay đổi theochu kỳ và có tính chất va đập mạnh Đường kính chốt piston có dạng hình trụ rỗng.Chốt piston được lắp với piston và đầu nhỏ thanh truyền theo kiểu lắp tự do Khilàm việc chốt piston có thể xoay tự do trong bệ chốt piston và bạc lót của đầu nhỏthanh truyền, trên đầu nhỏ thanh truyền và trên bệ chốt piston có lỗ để đưa dầu vàobôi trơn chốt piston

Xécmăng khí được lắp trên đầu piston có nhiệm vụ bao kín buồng cháy, ngănkhông cho khí cháy từ buồng cháy lọt xuống cácte Trong động cơ, khí cháy có thểlọt xuống cácte theo ba đường : Qua khe hở giữa mặt xylanh và mặt công tác (mặtlưng xécmăng) ; qua khe hở giữa xécmăng và rãnh xécmăng; qua khe hở phầnmiệng xécmăng Xécmăng dầu có nhiệm vụ ngăn dầu bôi trơn sục lên buồng cháy,

và gạt dầu bám trên vách xylanh trở về cácte, ngoài ra khi gạt dầu xécmăng dầucũng phân bố đều trên bề mặt xylanh một lớp dầu mỏng Điều kiện làm việc củaxécmăng rất khắc nghiệt, chịu nhiệt độ và áp suất cao, ma sát mài mòn nhiều vàchịu ăn mòn hoá học của khí cháy và dầu nhờn

2.2.2 Thanh truyền.

Thanh truyền là chi tiết dùng để nối piston với trục khuỷu và biến chuyểnđộng tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu Khi làm việcthanh truyền chịu tác dụng của : Lực khí thể trong xylanh, lực quán tính của nhómpiston và lực quán tính của bản thân thanh truyền Thanh truyền có cấu tạo gồm 3phần : Đầu nhỏ, thân và đầu to

Đầu nhỏ thanh truyền dùng để lắp với chốt piston có dạng hình trụ rỗng, trênđầu nhỏ có rãnh hứng dầu để bôi trơn bạc lót và chốt piston phía trên đầu nhỏ cómột vấu lồi lên để điều chỉnh trọng lượng và trọng tâm của thanh truyền Khi làmviệc chốt piston có thể xoay tự do trong đầu nhỏ thanh truyền

Thân thanh truyền có tiết diện chữ I Chiều rộng của thân thanh truyền tăngdần từ đầu nhỏ lên đầu to mục đích là để phù hợp với quy luật phân bố của lực quántính tác dụng trên thân thanh truyền trong mặt phẳng lắc.

Hình 2 2 : Thanh truyền, bạc lót.

Đầu to thanh truyền có dạng hình trụ rỗng Đầu to được chia thành hai nửa,nhằm giảm kích thước đầu to thanh truyền mà vẫn tăng đươc đường kính chốtkhuỷu, nửa trên đúc liền với thân, nửa dưới rời ra làm thành nắp đầu to thanhtruyền Hai nửa này được liên kết với nhau bằng bulông thanh truyền

Trên đầu to thanh truyền có lắp bạc lót để giảm độ mài mòn cho chốt khuỷu,bạc lót đầu to thanh truyền cũng làm thành hai nửa, khi bạc lót bị mòn thì được thaythế bằng bạc lót mới Trên bạc lót có lỗ và rãnh để dẫn dầu bôi trơn và các vấuchống xoay, khi lắp ghép các vấu này bám vào các rãnh trên đầu to

Thanh truyền làm bằng thép có độ bền cao, giữa hai nắp thanh truyền có chốtđịnh vị để tăng tính ổn định khi lắp ráp

Bạc thanh truyền chế tạo bằng nhôm, trên bàc có vấu định vị tăng tính ổnđịnh khi lắp ráp

1- Đầu nhỏ thanh truyền ; 2- Đầu to thanh truyền3- Nửa bạc lót phía trên ; 4- Nửa bạc lót phía dưới

2.2.3 Trục khuỷu.

Trục khuỷu 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 đểđưa công suất ra ngoài trong chu trình sinh công của động cơ và nhận năng lượng từbánh đà sau đó truyền qua thanh truyền và piston thực hiện quá trình nén cũng nhưtrao đổi khí

Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể và lựcquán tính, các lực này có trị số rất lớn và thay đổi theo chu kỳ Các lực tác dụng gây

ra ứng suất uốn và xoắn trục, đồng thời còn gây ra hiện tượng dao động dọc và daođộng xoắn, làm động cơ rung động, mất cân bằng

Hình 1 3 : Trục khuỷu động cơ 2KD-FTV

1- Cổ trục khuỷu ; 2- Chốt khuỷu ; 3- Má khuỷu

Kết cấu của một trục khuỷu gồm có : Cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu,đối trọng Ngoài ra trên trục khuỷu còn có đường ống dẫn dầu bôi trơn, chốt định vị,các bánh răng dẫn động trục cam, bơm đầu bôi trơn và puly dẫn động quạt gió, máynén khí

Đầu trục khuỷu được lắp bộ giảm dao động xoắn và các bánh răng dẫn độngbơm dầu bôi trơn, bơm cao áp và puly dẫn động các cơ cấu phụ như quạt gió, máynén Bộ giảm dao động xoắn có tác dụng thu năng lượng sinh ra do các mômen kíchthích trong hệ trục khuỷu do đó dập tắt dao động gây ra bởi các mômen đó

Chốt khuỷu là bộ phận dùng để nối với đầu to thanh truyền Để giảm độ màimòn, tăng tuổi thọ cho chốt khuỷu người ta dùng bạc khi lắp chốt khuỷu với đầu tothanh truyền

1

Cổ trục khuỷu dùng để lắp trục khuỷu trên thân máy và cho phép trục khuỷuchuyển động quay Trục khuỷu động cơ 2KD-FTV có 5 cổ trục và 8 khối cân bằng.Khi lắp cổ trục vào hộp trục khuỷu người ta dùng bạc lót để giảm mài mòn.

Má khuỷu là bộ phận nối liền cổ trục chính và chốt khuỷu Trên má khuỷungười ta có gắn các đối trọng có tác dụng cân bằng mômen quán tính cho trục khuỷu

Đuôi trục khuỷu được lắp với bánh đà Để tránh dầu bôi trơn trong cácteđộng cơ rò ra ngoài ở đầu và đuôi trục khuỷu người ta có lắp các phớt chặn dầu

Bạc trục khuỷu được doa tinh sẽ đạt được khe hở dầu tối ưu Do đó cải thiệnđược trạng thái khởi động lạnh và giảm được rung động của động cơ Nửa bạc trên

có rãnh dầu dọc theo lòng chu vi

2.2.4 Bánh đà.

Bánh đà có công dụng là đảm bảo tốc độ quay của trục khuỷu đồng đều Trongquá trình làm việc của động cơ, bánh đà tích trữ năng lượng sinh ra trong hành trìnhsinh công để bù đắp phần năng lượng thiếu hụt trong các hành trình tiêu hao cônglàm cho trục khuỷu quay đều hơn qua đó giúp động cơ làm việc ổn định hơn

Ngoài ra bánh đà còn có tác dụng là nơi đặt vành răng khởi động Vành răngnày được gắn chặt lên vành nối bánh đà Khi khởi động vành răng này ăn khớp vớibánh răng của máy khởi động Bánh đà còn là bề mặt làm việc không thể thiếu đượccủa bộ ly hợp

2.2.5 Thân máy và nắp xylanh.

Thân máy và nắp xylanh là những chi tiết cố định, có khối lượng lớn và kếtcấu phức tạp Hầu hết các cơ cấu và hệ thống của động cơ đều được lắp trên thânmáy và nắp xylanh

Thân máy động cơ 2KD-FTV có 4 xylanh thẳng hàng, được lắp lót xylanhkhô, khi lót xylanh bị mòn có thể tháo ra để thay thế, được gia công đạt độ chínhxác và độ bóng cao Trong thân máy được bố trí các áo nước làm mát bao bọc xungquanh các xylanh

Có 5 ổ đỡ trục khuỷu trong thân máy, các ổ đỡ trục khuỷu được đúc liền vớicác vách ngăn trên thân máy, và các nắp ổ trục chế tạo rời, khi lắp ráp dùng bulông

để siết chặt

Nắp xylanh có vai trò cùng với xylanh và piston tạo thành buồng cháy Nhiều

bộ phận của động cơ được lắp trên nắp xylanh như : vòi phun, cụm xupap, cácđường ống nạp, thải, đường nước làm mát, đường dầu bôi trơn

Vòi phun được lắp từ phía trên của nắp xylanh và có gioăng làm kín để đảmbảo làm kín buồng cháy

Hình 2.4 : Nắp xylanh, gioăng, thân máy của động cơ 2KD-FTV.

Nắp đậy qui lát : Được chế tao bằng nhựa, gioăng qui lát làm bằng thépnhiều lờp, bề mặt đước phủ chất dẻo để tăng tính làm kín Có 5 loại gioăng đượcđánh dấu với cỡ piston

Nắp qui lát : Chế tạo bằng hộp kim nhôm Vị trí vùi phun nằm ở trung tâmbuồng cháy, mỗi xylanh có hai đường nạp và xả, một bugi sấy giữa các cữa nạp,đường tuần hoàn khí xả EGR nằm trong nắp qui lát

Thân máy : Được chế tạo bằng thép hợp kim thấp, bổ xung nhiều gân tăngcứng giúp giảm rung động

2.2.6 Cơ cấu phân phối khí.

Cơ cấu phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí, thải sạch khí thải rangoài trong kỳ thải và nạp đầy khí nạp mới vào xylanh động cơ trong kỳ nạp Cơ cấu

A-A

phân phối khí cần đảm bảo các yêu cầu sau :

+ Đóng mở đúng thời gian quy định

+ Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông

+ Khi đóng phải đóng kín, xupap thải không tự mở trong quá trình nạp.+ Ít mòn, tiếng kêu bé

+ Dễ điều chỉnh và sửa chữa

Động cơ 2KD-FTV có cơ cấu phân phối khí loại dùng xupap treo Cách bốtrí này tạo cho buồng cháy có kích thước nhỏ gọn, giảm được tổn thất nhiệt, dễ dàng

bố trí đường nạp và đường thải, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thải sạch và nạpđầy Hiện nay trên động cơ Diesel chỉ dùng phương án bố trí xupap này Tuy vậynhược điểm của phương pháp bố trí xupap treo là dẫn động xupap phức tạp, làmtăng chiều cao động cơ, và khí bố trí xupap treo thì làm kết cấu của nắp xylanhphức tạp

Mỗi xylanh của động cơ được bố trí 4 xupap 2 xupap nạp và 2 xupap xả, cácxupap được đặt xen kẻ nhau Đường nạp và đường thải được bố trí về hai phía củađộng cơ, do đó giảm được sự sấy nóng không khí nạp Trục cam được bố trí tronghộp trục khuỷu, được dẫn động từ trục khuỷu thông qua cơ cấu bánh răng

Xupap là chi tiết có điều kiện làm việc khắc nghiệt Khi làm việc nấm xupapchịu tải trọng động và tải trọng nhiệt rất lớn nên yêu cầu nấm xupap phải có độcứng vững cao

Động cơ 2KD-FTV dùng xupap có đáy bằng, mặt làm việc quan trọng củaxupap là mặt côn, xupáp nạp có mặt côn này nghiêng một góc a = 300, còn xupapthải thì có mặt côn nghiêng một góc a = 450 Mặt làm việc được gia công rất kỹ vàđuợc mài rà với đế xupap Thân xupap dùng để dẫn hướng cho xupap Khi làm việcthân xupap trượt dọc theo ống dẫn hướng xupap, ống dẫn hướng xupap gắn chặtvới nắp máy Đuôi xupap có một rãnh hãm hình trụ để lắp ghép với đĩa lò xo, đĩa lò

xo được lắp với xupap bằng hai móng hãm hình côn, mặt trên của đuôi xupap đượctôi cứng để tránh mòn

Trục cam dùng để dẫn động xupap đóng mở theo quy luật nhất định Trục cambao gồm các phần cam nạp, cam thải và các cổ trục, các cam được làm liền với trục.

Hình 2.5 : Kết cấu các chi tiết trong cơ cấu phối khí.

1- Bánh răng dẫn động cam nạp ; 2- Cam nạp ; 3- Bánh răng dẫn

động cam xả ; 4- Cam xả ; 5- Cam ; 6- Lò xò xupap ; 7- Xupap

Với động cơ bốn kỳ một hàng xylanh, góc lệch j1 giữa hai đỉnh cam cùng têncủa hai xylanh làm việc kế tiếp nhau bằng một nửa góc công tác dk của hai xylanh đó.

Trục cam với hệ thống cam kép DOHC được dẫn động trực tiếp bỡi haicam nạp và hai cam thải sẽ làm giảm va đập và tiếng ồn, kết cấu đường nạp gọnhơn, tăng hiệu quả nạp và tiết kiệm nhiên liệu

Dẫn động trục cam bằng dây đai thông qua các bánh răng nối từ trục khuỷu,

bộ phân căng đai

Động cơ 2KD-FTV có hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức, kiểukín, nước tuần hoàn trong hệ thống nhờ bơm ly tâm được dẫn động từ trục khuỷu

Dung dịch nước làm mát từ thân động cơ lên nắp xylanh qua các ống dẫnđến van điều nhiệt Nước từ van điều nhiệt được chia ra thành hai dòng : một quakét làm mát và một quay trở về bơm Nước sau khi qua két làm mát thì theo đường

ống dẫn đi làm mát dầu sau đó qua bơm rồi tuần hoàn trở lại động cơ Ở đây nếunhiệt độ nước làm mát thấp hơn so với nhiệt độ mở của van điều nhiệt thì van điềunhiệt đóng, không cho nước qua két làm mát, nước được luân chuyển tuần hoàn trở

về bơm, và nếu nhiệt độ nước làm mát cao hơn so với nhiệt độ mở của van điềunhiệt thì van điều nhiệt mở, nước sẽ đi qua két nước làm mát

Hình 2 7 : Sơ đồ khối hệ thống làm mát của động cơ 2KD-FTV.

Van điều nhiệt duy trì một nhiệt độ không đổi của dung dịch nước làm mát

và cải thiện hiệu suất nhiệt của động cơ bằng cách giảm sự tổn hao do mất nhiệt.Nguyên lý hoạt động của van hằng nhiệt : Khi nhiệt độ nước làm mát còn thấp, nhỏhơn nhiệt độ mở của van (khi động cơ mới khởi động) thì van đóng và không chonước qua két làm mát mà tuần hoàn trở về bơm Khi nhiệt độ nước làm mát tăngcao đến nhiệt độ bắt đầu làm việc của van thì van bắt đầu mở cho nước đi qua két

làm mát và khi nhiệt độ nước làm mát càng tăng cao thì van mở càng rộng Van hằngnhiệt bắt đầu làm việc khi nhiệt độ ở 83oC và bắt đầu mở rộng hơn ở nhiệt độ 950C.

Két làm mát chính dùng để hạ nhiệt độ của nước từ động cơ ra rồi lại đưa trởvào làm mát động cơ Két làm mát gồm có ba phần : ngăn trên chứa nước nóng,ngăn dưới chứa nước đã được làm nguội và dàn ống truyền nhiệt nối ngăn trên vớingăn dưới Phía sau két nước được bố trí quạt gió

Quạt gió dùng để tăng tốc độ lưu động của không khí đi qua két tản nhiệtlàm hiệu quả làm mát cao hơn

Két làm mát phụ dùng để làm mát nước khi nhiệt độ của két làm mát chínhtăng quá nhiệt độ qui định sỡ dĩ dùng như vậy là do đặc tính của động cơ

2.2.8 Hệ thống bôi trơn.

Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa đầu đến bôi trơn các bề mặt ma sát, làmgiảm tổn thất ma sát, làm mát ổ trục, tẩy rửa các bề mặt ma sát và bao kín khe hỡgiữa piston với xylanh, giữa xecmăng với piston Loại dầu bôi trơn sử dụng trênđộng cơ 2KD-FTV là loại dầu mác SAE 15W40

Hệ thống bôi trơn của động cơ 2KD-FTV dùng phương pháp bôi trơn cưỡngbức cácte ướt Các bộ phận chủ yếu của hệ thống bôi trơn gồm : Cácte, bơm dầunhờn, bầu lọc dầu, két làm mát dầu, các đường ống dẫn, các van bảo vệ và đồng hồbáo Các thông số của hệ thống bôi trơn động cơ

Áp suất dầu trong hệ thống : 4,6 [Kg/cm2]

Nhiệt độ max : 105 [oC]

Dầu bôi trơn chứa trong cácte được bơm dầu hút qua phao hút đi đến bầu lọcdầu Tại bầu lọc, dầu bôi trơn được lọc sạch tạp chất và tách nước Sau đó dầu đượcđẩy vào đường dầu chính trong thân động cơ đi đến bôi trơn các bề mặt ma sát Từđường dầu chính dầu được dẫn vào bôi trơn các cổ trục khuỷu, rồi từ cổ trục khuỷudầu theo lỗ dầu trong trục khuỷu đến bôi trơn các chốt khuỷu Trên đường dầuchính còn có các đường dầu đi bôi trơn trục cam và cơ cấu phân phối khí Ngoài ra,

để bôi trơn bề mặt làm việc của xylanh - piston và làm mát piston, người ta bố trí

một vòi phun dầu từ đường dầu chính cho mỗi xylanh - piston động cơ, áp suấtphun được điều khiển bằng một van làm việc với áp suất 1,3 [bar] Trên đường dầuchính người ta còn bố trí đồng hồ đo áp suất dầu và cảm biến nhiệt độ.

Khi nhiệt độ dầu lên cao quá 80 [oC], độ nhớt của dầu giảm sút, van két làmmát dầu sẽ mở cho dầu đi qua két làm mát Khi bầu lọc dầu bị tắc thì van an toàn sẽ

mở để cho dầu đi thẳng vào đường dầu chính Trên đường dầu chính người ta mắcmột van làm việc ở áp suất 4,6 [bar], van này có tác dụng đảm bảo cho áp suất củadầu bôi trơn trong hệ thống có trị số không đổi

Bầu lọc dầu dùng trên động cơ là loại bầu lọc thấm dùng lõi lọc bằng giấyBơm dầu nhờn có tác dụng tạo nên dòng chảy tuần hoàn có áp suất cao trong

hệ thống

Hình 2 8 : Sơ đồ hệ thống bôi trơn.

Động cơ 2KD-FTV dùng bơm dầu kiểu bơm bánh răng, được dẫn động từtrục khuỷu thông qua hệ thống bánh răng dẫn động

Phương pháp bôi trơn piston bằng vòi phun như hình vẽ, gồm : vòi phun vàmột van an toàn

Hình 2 9 : Phương pháp bôi trơn piston

1- Piston ; 2 - Van an toàn ; 3 - Vòi phun

2.2.9 Hệ thống tăng áp.

Hệ thống tăng áp trên động cơ 2KD-FTV là loại tăng áp kiểu tuabin khí,được làm mát trung gian Bộ tuabin tăng áp gồm hai phần chính là tuabin và máynén khí, cùng với các cơ cấu phụ khác như bạc đỡ trục, thiết bị bao kín, hệ thốngbôi trơn và làm mát

Hình 2 10 : Sơ đồ tăng áp tuabin khí.

Tuabin tăng áp trên động cơ là loại tuabin tăng áp hướng kính

21

3

Hình 2.11 : Kết cấu tuabin - máy nén.

1- Vỏ máy nén ; 2- Vỏ tuabin ; 3- Thân tuabin máy nén

4- Bánh công tác máy nén ; 5- Bánh công tác tuabin

Nguyên lý làm việc tuabin hướng kính : Sản vật cháy với áp suất PT, nhiệt độ

TT và tốc độ CT đi vào vỏ tuabin C tới vành miệng phun B Vành miệng phun lànhững đường thông có tiết diện giảm dần từ cửa vào đến cửa ra làm cho sản vậtcháy được giãn nở và tăng tốc khi qua vành miệng phun Trong miệng phun mộtphần áp năng của sản vật cháy được chuyển thành động năng Khi ra khỏi miệngphun, dòng khí được chảy theo 1 góc a1 (a1 = 14 150), lúc ấy áp suất sản vật cháy

từ PT giảm xuống P1, nhiệt độ từ TT giảm xuống T1 đồng thời tốc độ dòng khí từ CT

tăng lên C1 Với tốc độ C1 dòng khí đi vào bánh công tác đang quay theo tốc độ U1

tạo nên tốc độ tương đối W1 của dòng khí vào rãnh của bánh công tác Sản vật cháytiếp tục giãn nở trong rãnh thông từ hướng kính chuyển sang hướng trục, truyềnđộng năng cho các cánh để chuyển thành công làm quay bánh công tác Khi ra khỏibánh công tác, sản vật cháy có áp suất P2, nhiệt độ T2, tốc độ tuyệt đối C2 và theođường ống dẫn thải ra ngoài

Máy nén dùng để tăng áp cho động cơ có nhiệm vụ biến đổi cơ năng thànhnăng lượng của dòng khí tạo ra áp suất nào đó để cung cấp vào xylanh động cơ.Loại máy nén trên đông cơ 2KD-FTV là loại máy nén ly tâm

2.3 TÍNH TOÁN NHIỆT, ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ

2KD-FTV.

2.3.1 Tính toán nhiệt.

2.3.1.1 Thông số ban đầu.

2.3.1.2 Các thông số chọn của động cơ.

r r

k

p p p

p T

T T

1 2

1

2

1

r =

4 , 1 11239,0

17,0.95,0.1,108,1.5,18

1

1239,0

17,0.720

12298.95,0

a

r 2 t 1 k

a k

k

p

p

p

p.TT

T.1

14,0.95,0.1,108,1.5,18.14,0

1239,0.)12298(

298

)15,18(1

r

a r r t k

1

p

p.T TT

14,0

1239,0.720.03005,0.1,112

1 4 , 1

H12

C21,01

126,012

87,021,0

00419,

0806,19T.2

baC

v

vkkC

2

00419,0806,

- Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy m " [kJ/kmol C v 0K]

T.2

36,18438,

1634,1867,19

00545,0914,20

'b'a1

"

Cm.C

m'C

v r

v r vkk

034,21.03005,0806,191

"

.'

a a

00545,0.03005,000419,01

"

.'

b b

0042,083,19

'b'a

314,81

n

1 n a

v v

18,5 1

.068,322.2

0042,083,19

314,81

1 366 , 1

c T 1

1 3654 , 15,18.068,

c p

3654 , 15,18.1239,0

126,

8032,01

03005,004,11

0

1

11

78,0.03005,01

104,11