Khảo sát và thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ cummins 14n 330e (Thuyết minh + Full bản vẽ)

Việc nghiên cứu ứng dụng các thành tựu từ nghành công nghiệp điện tử nhờ sự giúp đỡ của máy tính để cải thiện quá trình làm việc nhằm đạt hiệu quả cao và giảm ô nhiễm môi trường, tối ưu hoá quá trình điều khiển dẫn đến kết cấu của động cơ và ô tô thay đổi rất phức tạp, làm cho người sử dụng và cán bộ kỹ thuật nghành ô tô nước ta còn nhiều lúng túng và sai sót nên cần có những nghiên cứu, tìm hiểu, khai thác cụ thể về hệ thống điện tử trên động cơ ô tô, nhằm cập nhật hoá kiến thức cho người sử dụng cũng như những ai quan tâm và muốn tìm hiểu về chuyên nghành động cơ ô tô. Với những lý do trên, em chọn đề tài : Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ Cummins lắp trên xe International làm đề tài tốt nghiệp của mình. Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đồ án, nhờ sự cố gắng nổ lực của bản thân,nhờ sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Trần Văn Nam trong suốt thời gian làm đồán tốt nghiệp, đến nay em đã hoàn thành các yêu cầu và nhiệm vụ được giao.Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo hướng dẫn đã tận tình giúp đỡ trong thời gian em hoàn thành đồ án, cùng với lời cảm ơn đến các thầy giáo trong bộ môn Động cơ và khoa Cơ Khí Giao Thông đã quan tâm, dìu dắt em trong suốt những năm học chuyên nghành và đúc kết những kinh nghiệm quý báu cho bản thân. Với khả năng và tài liệu còn giới hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô giáo và các bạn chân thành đóng góp ý kiến. Cuối cùng em hy vọng đồ án này sẽ là một tài liệu tốt và phổ biến cho các sinh viên và công nhân kỹ thuật tham khảo. Đà Nẵng, ngày 12 tháng 06 năm 2012 Sinh viên thực hiện Nguyễn Đình Thi MỤC LỤC Trang 1. Mục đích ý nghĩa đề tài 1 1.1. Mục đích 1 1.2. Ý nghĩa 1 2. Giới thiệu chung về động cơ Cummins N14330E lắp trên xe International 1 2.1. Giới thiệu chung 1 2.2. Các thông số kỹ thuật của động cơ Cummins N14330E 2 2.3.Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền piston 3 2.3.1. Trục khuỷu 3 2.3.2. Thanh truyền 4 2.3.3. Piston 4 2.4. Cơ cấu phân phối khí 5 2.5. Hệ thống làm mát 6 2.6. Hệ thống bôi trơn 7 2.7. Hệ thống nhiên liệu 10 3. Khảo sát hệ thống nhiên liệu của động cơ Cummins N14330E 11 3.1. Đặc điểm chung của hệ thống nhiên liệu trong động cơ diesel 11 3.1.1. Hệ thống nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp thẳng hàng 11 3.1.2. Hệ thống nhiên liệu diesel sử dụng bơm cao áp dạng bơm phânphối 12 3.1.3. Hệ thống nhiên liệu diesel Common Rail 14 3.1.4. Nhiệm vụ và yêu cầu,phân loại đối với hệ thống nhiên liệu Diesel 14 3.1.5. Đặc điểm hình thành hòa khí trong động cơ Diesel 16 3.1.6. Bốn giai đoạn của quá trình cháy trong động cơ Diesel 21 3.2. Đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc hệ thống điều khiển điện tử và một số cảm biến chính trong hệ thống nhiên liệu động cơ Cummins N14330E 25 3.2.1. Khảo sát hệ thống điện tử điều khiển quá trình cung cấp 25 3.2.2. Đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của các cảm biến chính trong hệthống nhiên liệu động cơ Cummins N14330E 37 3.2.3. Nguyên lý làm việc 41 3.3. Đặc điểm kết cấu các chi tiết trong hệ thống nhiên liệu động cơ Cummins N14330E 43 3.3.1.Thùng chứa nhiên liệu 44 3.3.2.Bầu lọc thô 45 3.3.3.Bầu lọc tinh 46 3.3.4.Bơm chuyển nhiên liệu 47 3.3.5. Cơ cấu dẫn động cụm bơm vòi phun 49 4. Tính toán hệ thống nhiên liệu động cơ Cummins N14330E 55 4.1. Tính toán bơm cao áp 55 4.2. Tính toán vòi phun 56 4.2.1. Tổng số tiết diện lưu thông của lỗ phun 1.f1 56 4.2.2. Tiết diện lưu thông của một lỗ phun 57 4.2.3. Đường kính lỗ phun tính toán 57 4.2.4. Tính đường kính phần dẫn hướng của van kim và đường kính phần baokíntrên mặt tựa của van kim: dk, db 57 4.2.5. Hành trình nâng cực đại của kim phun 58 4.2.6. Lực ép ban đầu của lò xo vòi phun,độ cứng của lò xo vòi phun 59 4.3.Tính toán bơm chuyển nhiên liệu 60 5.Chẩn đoán hư hỏng và sửa chữa hệ thống nhiên liệu động cơ Cummins N14330E 60 5.1. Chẩn đoán hư hỏng 60 5.2. Bảo dưỡng và sửa chữa 63 5.2.1.Bảo dưỡng và sửa chữa thùng chứa nhiên liệu 63 5.2.2. Bảo dưỡng và sửa chữa bầu lọc thô 64 5.2.3. Bảo dưỡng và sửa chữa bầu lọc tinh 64 5.2.4. Bảo dưỡng và sửa chữa bơm chuyển nhiên liệu 64 5.2.5. Bảo dưỡng và sửa chữa cụm bơm vòi phun 65 5.3. Quy trình lắp ráp cụm bơm vòi phun 66 5.4.Quy trình kiểm tra 68 5.4.1. Kiểm tra sự kín khít giữa piston và xylanh cụm bơm vòi phun 68 5.4.2.Kiểm tra chất lượng phun của cụm bơm vòi phun 68 5.5. Điều chỉnh cụm bơm vòi phun 69 6. Kết luận 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

-ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

KHẢO SÁT VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ CUMMINS N14-330E

Đà Nẵng - 2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

-ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

KHẢO SÁT VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHIÊN

LIỆU ĐỘNG CƠ CUMMINS N14-330E

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Thi

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Văn Nam Giáo viên duyệt: TS Phùng Xuân Thọ

Đà Nẵng - 2012

LỜI NÓI ĐẦU

Việc nghiên cứu ứng dụng các thành tựu từ nghành công nghiệp điện tử nhờ sựgiúp đỡ của máy tính để cải thiện quá trình làm việc nhằm đạt hiệu quả cao và giảm ônhiễm môi trường, tối ưu hoá quá trình điều khiển dẫn đến kết cấu của động cơ và ô

tô thay đổi rất phức tạp, làm cho người sử dụng và cán bộ kỹ thuật nghành ô tô nước

ta còn nhiều lúng túng và sai sót nên cần có những nghiên cứu, tìm hiểu, khai thác cụthể về hệ thống điện tử trên động cơ ô tô, nhằm cập nhật hoá kiến thức cho người sửdụng cũng như những ai quan tâm và muốn tìm hiểu về chuyên nghành động cơ ô tô.Với những lý do trên, em chọn đề tài : Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơCummins lắp trên xe International làm đề tài tốt nghiệp của mình

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đồ án, nhờ sự cố gắng nổ lực của bảnthân,nhờ sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Trần Văn Nam trong suốt thời gian làmđồán tốt nghiệp, đến nay em đã hoàn thành các yêu cầu và nhiệm vụ được giao.Emxin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo hướng dẫn đã tận tình giúp đỡ trong thời gian

em hoàn thành đồ án, cùng với lời cảm ơn đến các thầy giáo trong bộ môn Động cơ

và khoa Cơ Khí Giao Thông đã quan tâm, dìu dắt em trong suốt những năm họcchuyên nghành và đúc kết những kinh nghiệm quý báu cho bản thân

Với khả năng và tài liệu còn giới hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót,kính mong các thầy cô giáo và các bạn chân thành đóng góp ý kiến

Cuối cùng em hy vọng đồ án này sẽ là một tài liệu tốt và phổ biến cho các sinhviên và công nhân kỹ thuật tham khảo

Đà Nẵng, ngày 12 tháng 06 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đình Thi

MỤC LỤC

Trang

1 Mục đích ý nghĩa đề tài 1

1.1 Mục đích 1

1.2 Ý nghĩa 1

2 Giới thiệu chung về động cơ Cummins N14-330E lắp trên xe International .1 2.1 Giới thiệu chung 1

2.2 Các thông số kỹ thuật của động cơ Cummins N14-330E 2

2.3.Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - piston 3

2.3.1 Trục khuỷu 3

2.3.2 Thanh truyền 4

2.3.3 Piston 4

2.4 Cơ cấu phân phối khí 5

2.5 Hệ thống làm mát 6

2.6 Hệ thống bôi trơn 7

2.7 Hệ thống nhiên liệu 10

3 Khảo sát hệ thống nhiên liệu của động cơ Cummins N14-330E 11

3.1 Đặc điểm chung của hệ thống nhiên liệu trong động cơ diesel 11

3.1.1 Hệ thống nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp thẳng hàng 11

3.1.2 Hệ thống nhiên liệu diesel sử dụng bơm cao áp dạng bơm phânphối 12

3.1.3 Hệ thống nhiên liệu diesel Common Rail 14

3.1.4 Nhiệm vụ và yêu cầu,phân loại đối với hệ thống nhiên liệu Diesel 14

3.1.5 Đặc điểm hình thành hòa khí trong động cơ Diesel 16

3.1.6 Bốn giai đoạn của quá trình cháy trong động cơ Diesel 21

3.2 Đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc hệ thống điều khiển điện tử và một số cảm biến chính trong hệ thống nhiên liệu động cơ Cummins N14-330E 25

3.2.1 Khảo sát hệ thống điện tử điều khiển quá trình cung cấp 25

3.2.2 Đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của các cảm biến chính trong hệthống nhiên liệu động cơ Cummins N14-330E 37

3.2.3 Nguyên lý làm việc 41

3.3 Đặc điểm kết cấu các chi tiết trong hệ thống nhiên liệu động cơ Cummins N14-330E 43

3.3.1.Thùng chứa nhiên liệu 44

3.3.2.Bầu lọc thô 45

3.3.3.Bầu lọc tinh 46

3.3.4.Bơm chuyển nhiên liệu 47

3.3.5 Cơ cấu dẫn động cụm bơm vòi phun 49

4 Tính toán hệ thống nhiên liệu động cơ Cummins N14-330E 55

4.1 Tính toán bơm cao áp 55

4.2 Tính toán vòi phun 56

4.2.1 Tổng số tiết diện lưu thông của lỗ phun 1.f1 56

4.2.2 Tiết diện lưu thông của một lỗ phun 57

4.2.3 Đường kính lỗ phun tính toán 57

4.2.4 Tính đường kính phần dẫn hướng của van kim và đường kính phần baokíntrên mặt tựa của van kim: dk, db 57

4.2.5 Hành trình nâng cực đại của kim phun 58

4.2.6 Lực ép ban đầu của lò xo vòi phun,độ cứng của lò xo vòi phun 59

4.3.Tính toán bơm chuyển nhiên liệu 60

5.Chẩn đoán hư hỏng và sửa chữa hệ thống nhiên liệu động cơ Cummins N14-330E 60

5.1 Chẩn đoán hư hỏng 60

5.2 Bảo dưỡng và sửa chữa 63

5.2.1.Bảo dưỡng và sửa chữa thùng chứa nhiên liệu 63

5.2.2 Bảo dưỡng và sửa chữa bầu lọc thô 64

5.2.3 Bảo dưỡng và sửa chữa bầu lọc tinh 64

5.2.4 Bảo dưỡng và sửa chữa bơm chuyển nhiên liệu 64

5.2.5 Bảo dưỡng và sửa chữa cụm bơm vòi phun 65

5.3 Quy trình lắp ráp cụm bơm vòi phun 66

5.4.Quy trình kiểm tra 68

5.4.1 Kiểm tra sự kín khít giữa piston và xylanh cụm bơm vòi phun 68

5.4.2.Kiểm tra chất lượng phun của cụm bơm vòi phun 68

5.5 Điều chỉnh cụm bơm vòi phun 69

6 Kết luận 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

- Củng cố, bổ sung và tìm hiểu thêm kiến thức về điện, điện tử trên hệ thống.

- Hiểu rõ nguyên lý làm việc, nắm vững quy trình tháo lắp của từng chi tiết, cụm chitiết lắp trên hệ thống, để có đủ kiến thức chuẩn đoán và phát hiện những hư hỏngthường gặp

- Đưa ra các tiêu chuẩn kỹ thuật để sử dụng động cơ tốt hơn trong điều kiện môitrường, khí hậu ở Việt Nam

1.2 Ý nghĩa

Việc nắm rõ được toàn bộ cấu tạo của hệ thống nhiên liệu động cơ CumminsN14-330E từ những chi tiết đơn giản đến những chi tiết, cụm chi tiết phức tạp giúpcho người cán bộ quản lý, cán bộ kỹ thuật thuận lợi hơn trong công việc quản lýcũng như trong công việc sử dụng, bảo dưỡng động cơ tốt nhất trong điều kiện chophép ở các vùng làm việc khác nhau của động cơ

Trang bị cho người sử dụng những kiến thức cơ bản về hệ thống nhiên liệu động

cơ để sử dụng và khai thác động cơ được tốt hơn và có thể kịp thời phát hiện, sửachữa những hư hỏng nhỏ, thuận lợi hơn trong quá trình bảo dưỡng, bảo trì hệ thốngnhiên liệu động cơ, đưa ra những qui định bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu động cơhợp lý

2 Giới thiệu chung về động cơ Cummins N14-330E lắp trên xe International

2.1 Giới thiệu chung

Xe International là loại xe do Mỹ sản xuấtvà được sử dụng rất phổ biến ở nước

ta hiện nay, xe dùng để chở hàng container chủ yếu chạy đường quốc lộ, xe đượcthiết kế có kết cấu cứng vững, độ bền và độ tin cậy cao, đầy đủ tiện nghi cho người

sử dụng đảm bảo an toàn, kết cấu và hình dáng bên ngoài và nội thất có tính mỹthuật tương đối cao Xe có động cơ Cummins có hiệu suất cao, công suất cực đại330HP ở số vòng quay 1600[vg/ph], tiêu hao nhiên liệu nhỏ 30lít/100km ở tốc độ90[km/h]

1 2 3 4

5 6

Hình 2-1 Mặt cắt dọc động cơ cummins N14-330E

1 Bánh đà; 2 Vành răng khởi động; 3 Thanh truyền; 4.Lưới lọc; 5.Đường ống dầu; 6.Khuỷu trục; 7.Bánh răng trục khuỷu; 8 Phớt; 9.Puly; 10.Dây curoa; 11.Siu chặn nước; 12 Piston; 13 Xilanh; 14 Cánh quạt; 15.Xupap xả;16.Cụm bơm liên hợp; 17 Xupap nạp;18 Cò mổ dẫn động xupap xả; 19.Cò mổ dẫn động cụm bơm liên hợp; 20.Cò mổ dẫn động xupap nạp; 21.Đường dầu nhiên liệu vào; 22.Đường dầu nhiên liệu về; 23.Bu lông nắp máy; 24.Đũa đẩy dẫn động xupap xả; 25.Đũa đẩy dẫn động cụm bơm liên hợp; 26.Đũa đẩy dẫn động xupap nạp; 27.Nắp đậy; 28.Nắp đổ dầu bôi trơn; 29.Vòng để móc cẩu động cơ; 30 Con đội xupap; 31 Trục cam; 32.Bạc đỡ trục cam; 33.Nắp đậy trục cam; 34.Bu lông bắt bánh đà.

2.2 Các thông số kỹ thuật của động cơ Cummins N14-330E

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

Thông số Giá trị Đơn vị

Ở trục khuỷu động cơ Cummins người ta làm các lỗ dầu để bôi trơn cổ trụcchính và chốt khuỷu và đi dọc theo thanh truyền bôi trơn vào chốt piston.Đuôi trụckhuỷu động cơ Cummins cũng được lắp với các chi tiết máy của cơ cấu truyền dẫncông suất bánh đà, trục thu công suất của cơ cấu truyền dẫn công suất (trục sơ cấphộp số) đồng tâm với trục khuỷu, trục khuỷu và trục thu công suất được nối vớinhau bằng ly hợp ma sát

Hình 2-2Trục khuỷu động cơ Cummins N14-330E

Đường kính của đầu to thanh truyền: 93,7 mm

Đường kính của đầu nhỏ thanh truyền: 63,53 mm

Hình 2-4 Piston động cơ Cummins N14-330E

2.4 Cơ cấu phân phối khí

5

4

1 2

10

9

3

Hình 2-5Sơ đồ hệ thống cơ cấu phân phối khí động cơ Cummins N14-330E

1 trục cam; 2 trục con lăn; 3 con đội; 4 đũa đẩy; 5 ê cu hãm; 6.vít điều chỉnh khe hở xu páp; 7 cò mổ; 8 su páp; 9 piston; 10 thanh truyền

Động cơ đốt trong có cơ cấu phân phối khí dùng xupáp ngày nay đều bố tríxupáp theo một trong hai phương án chủ yếu là bố trí xupáp đặt và bố trí xupáptreo Đối với động cơ Cummins người ta dùng xupáp treo vì có nhiều ưu điểm nhưdung tích buồng cháy của động cơ nhỏ, tỷ số nén cao, buồng cháy gọn, diện tích

mặt truyền nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt.Động cơ Cummins người ta bốtrí nhờ sự ăn khớp trực tiếp giữa bánh răng trục cơ với trục cam nằm ở thân máy,xupáp được dẫn động gián tiếp qua con đội đũa đẩy, đòn bẩy.Trục cam của động cơCummins các cam thải và cam nạp được bố trí trên một trục và theo vị trí của xupáp

và được lắp theo kiểu đúc liền qua các cổ trục trên thân máy Trục cam bao gồmcam thải và cam nạp thành một khối với nhau được chế tạo từ thép cacbon và đượctôi cao tầng, trục cam động cơ Cummins có 7 cổ trục có đường kính 63,42mm đượclắp thẳng vào các ổ đỡ nằm trên thân máy, khi lắp trục cam cần chú ý dấu trên bánhrăng của trục cam trùng với dấu trên bánh răng của trục khuỷu

2.5 Hệ thống làm mát

Trong quá trình làm việc của động cơ, khi nhiên liệu cháy trong xilanh củađộng cơ có một nhiệt lượng lớn tỏa ra, một phần chuyển thành công, phần còn lạitỏa ra ngoài không khí, hoặc các chi tiết tiếp xúc với khí cháy tiếp nhận (xilanh,piston, nắp xilanh ) mặt khác nhiệt lượng sinh ra do ma sát giữa các bề mặt làmviệc của các chi tiết trong động cơ Như vậy nếu không làm mát hoặc làm mátkhông đủ các chi tiết đó sẽ nóng lên quá nhiệt độ cho phép gây ra các tác hại như:ứng suất nhiệt lớn, sức bền giảm dẫn đến dễ phá hỏng các chi tiết, tăng tổn thất masát vì nhiệt độ lớn do đó độ nhớt bị phá hủy dẫn đến mất tác dụng dầu bôi trơn.Ởnhiệt độ cao (200÷3000C) dầu nhớt sẽ bốc cháy , nhóm piston có thể bị bó kẹt trongxilanh vì giản nở, hệ số nạp ηvsẽ giảm.Cho nên để khắc phục hậu quả trên cần thiếtphải có hệ thống làm mát động cơ Nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khícháy qua thành buồng cháy đến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt độ các chitiết không quá nóng nhưng cũng không quá nguội, vì quá nguội có nghĩa là động cơđược làm mát quá nhiều vì thế tổn thất nhiệt nhiều, nhiệt lượng dùng để sinh công ít

do đó hiệu suất của động cơ nhỏ.Đối với động cơ Cummins có hệ thống làm mátbằng nước kiểu kín, tuần hoàn cưỡng bức bao gồm:áo nước xi lanh, nắp máy, kétnước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió và các đường ống dẫn nước

Hệ thống làm mát sửdụng nước nguyên chất có pha chất phụ gia chống gỉ.Kétnước làm mát lắp trên phía đầu xe,két nước làm mát có đường nước vào từ vanhằng nhiệt và có đường nước ra đến bơm,trên két nước có các giàn ống dẫn nướcgắn cánh tản nhiệt

Ở đây nước tuần hoàn nhờ bơm ly tâm (8) phân trực tiếp vào khoang chứacác xylanh làm mát từ thân động cơ lên nắp xylanh, qua các ống dẫn nước đến vanđiều nhiệt (10) được chia làm hai dòng, một dòng ra két nước (1) làm mát qua bơm

ly tâm, một tuần hoàn trở lại động cơ, sự phân chia lưu lượng cho các dòng phụ

thuộc vào nhiệt độ nước làm mát và do van điều nhiệt tự động điều chỉnh, bơmnước kiểu ly tâm được dẫn động bằng dây đai từ puly trục khuỷu.

Hình 2-6 Sơ đồ hệ thống làm mát động cơ Cummins N14-330E

1:két nước , 2:đường ống nước ra , 3:cánh quạt , 4:nước làm mát nhớt, 5: đường ống nước vào, 6 : bầu lọc nước , 7: bầu lọc nhớt , 8: bơm nước, 9: van xả nước , 10: van hằng nhiệt

2.6 Hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn động cơ Cummins kiểu cưỡng bức và vung toé dùng để đưadầu đi bôi trơn các bề mặt ma sát, tẩy rửa và làm mát các bề mặt ma sát Hệ thốngbôi trơn gồm có bơm dầu, lọc dầu, cacte dầu và đường ống dẫn dầu

Dầu từ cacte (1) được hút bằng bơm qua lưới lọc dầu (2), thường lọc dầu baogiờ cũng nằm lập lờ ở mặt thoáng của dầu nhờn để hút được dầu sạch và không cóbọt khí, dầu được đi qua két làm mát tới bầu lọc thô (5), tại đây dầu được lọc sạchcác chất cặn bẩn và dầu được đưa trực tiếp vào trong thân máy vào trục khuỷu (7)lên trục cam (16), từ trục khuỷu tiếp theo dầu đi vào dọc theo thân thanh truyền bôitrơn chốt piston và đường dầu từ ổ đở trục cam bôi trơn giàn con đội đòn bẩy, đũađẩy và đi về cacte

Hình 2-7Sơ đồ hệ thống bôi trơnđộng cơ CumminsN14-330E

1:cacte, 2:lướilọc dầu , 3:van tràn , 4:bơm dầu bôi trơn , 5:bình lọc dầu , 6: két làm mát dầu, 7: trục khuỷu, 8: thanh truyền , 9: pittông ,10: xy lanh, 11: xupáp ,12: đòn bẩy, 13: bánh răng trục cam ,14: tuốc bô, 15: máy nén khí 16: trục cam, 17: đũa đẩy

Trên đường dầu chính còn có các đường dầu đi bôi trơn tuốc bô tăng áp, máynén khí, lên đồng hồ báo áp suất và trực tiếp phun vào vách xi lanh để bôi trơnpiston xi lanh rồi trở về cácte Khi bầu lọc thô (5) bị tắt van an toàn được dầu nhờnđẩy ra dầu sẽ không qua lọc thô mà thẳng lên đường dầu chính,van an toàn (3) đảmbảo áp suất của dầu bôi trơn trên toàn bộ hệ thống có trị số không đổi

* Kết cấu và nguyên lý của bơm dầu bôi trơn

Hình 2-8 Kết cấu bơm dầu bôi trơn độngcơ CumminsN14-330E

1 Roan làm kín;2 Bánh răng dẫn;3 Bạc lót;4.Đường ống;5 Đầu nối;6,10,12.

Bu lông;7.Khớp nối;8.Roan làm kín;9.Nắp chặn;11.Đệm vênh;13.Thân bơm;14.Roan làm kín;15.Bạc lót;16 Bánh răng bị động;17 Trục bị động;18 Thân van an toàn;19 Lò xo van an toàn;20.Siêu làm kín;21 Van an toàn;22 Vòng đệm;23.Bu lông điều chỉnh van;24.Than bơm;25.Lò xo;26.Vòng đệm;27.Đĩa chặn;28.Thân van;29.Bạc lót;30 Bánh răng chủ động;31 Trục chủ động;32.Then hoa.

Bơm dầu bôi trơn là một trong những bộ phận quan trọng của động cơ nó cónhiệm vụ cung cấp dầu liên tục có áp suất cao đến các bề mặt ma sát để bôi trơn,làm mát và tẩy rửa các mặt ma sát do vậy đối với động cơ Cummins người ta dùngbơm bánh răng ăn khớp với nhau có số răng là 10 răng được dẫn động theo chiềunhất định,bánh răng chủ động được lắp trên trục chủ động có đường kính 22,21mm,bánh răng bị động được lắp trên trục bị động có đường kính 22,31mm Khi trục chủđộng được trục khuỷu dẫn động bánh răng chủ động quay dẫn động bánh răng bịđộng quay theo chiều ngược lại làm cho không gian giữa các răng dần thu hẹplại,tại cửa ra thể tích nhỏ nhất do đó ở đây dầu bị nén có áp suất cao nhất sẽ theođường ống vào động cơ Khi vòng quay cao, áp suất dầu bôi trơn thường cao hơncần thiết,vì vậy sau bơm dầu có bố trí van điều chỉnh áp suất

Áp suất dầu bôi trơn do bơm cung cấp 46 kg/cm2.

2.7 Hệ thống nhiên liệu

Kết cấu của hệ thống nhiên liệu động cơ Cummins đơn giản hơn so với các hệthống khác Ở động cơ bơm cao áp và vòi phun được tích hợp thành một cụm gọi làcụm bơm vòi phun và cứ mỗi xilanh sử dụng một cụm bơm vòi phun Việc phundầu vào 6 xilanh động cơ theo đúng thứ tự nổ động cơ là do cam và cò mổ thựchiện Bởi vậy hệ thống nhiên liệu động cơ Cumminstiện lợi hơn các động cơ kháckhi lắp đặt và sửa chữa

2 1

4

3

5

6 7 8

9 10

Hình 2-9Sơ đồ hệ thống nhiên liệu độngcơ CumminsN14-330E

1: lưới lọc dầu, 2: bu lông xả dầu, 3: nắp thùng chứa dầu ,4: bu lông dầu hồi , 5: đường dầu hồi, 6: cụm bơm liên hợp, 7: van điện từ, 8: đường dây điện từ ECM tới, 9: ECM, 10: đường dầu đến vòi phun, 11: bầu lọc tinh ,12:bơm tiếp vận, 13: bầu lọc thô, 14:bu lông xả cặn nước đọng, 15: cảm biến vị trí trục khuỷu, 16: cảm

biến vị trí bàn đạp ga, 17: cảm biến áp suất khí nạp.

* Nguyên lý hoạt động:

Nhiên liệu được nạp vào thùng chứa qua nắp thùng (3) Khi động cơ hoạt động,bơm chuyển nhiên liệu (12) hút nhiên liệu từ thùng chứa qua bầu lọc thô (13) đếnbầu lọc tinh (11) Nhiên liệu tiếp tục được đẩy lên đến các cụm bơm theo đườngống (10) đến vòi phun (6) Cụm bơm vòi phun phun nhiên liệu với áp suất cao vàobuồng cháy, một phần nhiên liệu thừa theo ống dẫn dầu thừa (5) về thùng chứa.Các bộ phận chính trong hệ thống nhiên liệu động cơ Cumminsgồm:

+ Thùng chứa nhiên liệu.

3 Khảo sát hệ thống nhiên liệu của động cơ Cummins N14-330E

3.1 Đặc điểm chung của hệ thống nhiên liệu trong động cơ diesel

3.1.1 Hệ thống nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp thẳng hàng

1 2 12

4

3

Hình 3-1 Sơ đồ HTNL Diesel dùngbơm cao áp dạng bơm thẳng hàng

1- Thùng chứa nhiên liệu; 2- Đường dẫn nhiên liệu cung cấp; 3- Bầu lọc thô; Bơm tiếp vận; 5- Vòi phun; 6- Buồng cháy; 7- Đường nhiên liệu tới vòi phun; 8- Bơm cao áp; 9- Bơm tay; 10-Đường hồi dầu;11- Bầu loc tinh; 12-Cảm biến và đồng hồ báo mức nhiên liệu

* Nguyên lý làm việc: Bơm tiếp vận (4) hút nhiên liệu từ thùng chứa (1), qua bầu

lọc thô(3) để cấp nhiên liệu qua bầu lọc tinh (11), tới bơm cao áp (8) Số tổ bơm cao

áp bằng số xi lanh của động cơ, các tổ bơm cung cấp nhiên liệu qua đường ống cao

áp tới vòi phun (5).Vòi phun (5) dùng để phun nhiên liệu vào buồng cháy (6)

Nhiên liệu rò qua khe hở trong thân kim phun của vòi phun và trong các tổbơm 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 nhiênliệu thì nhiên liệu đi vào xi lanh 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 luôn luôn hoặc theo chu kỳ 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 các bầu lọc, qua khônggian cấp nhiên liệu cho xi lanh bơm cao áp, qua van tràn và đường ống tràn vềthùng chứa Sự tuần hoàn cuốn không khí trong hệ thống đưa về thùng chứa, do đókhông khí được tách khỏi nhiên liệu

-Tại các vị trí có khả năng tích tụ không khí trên thân bơm cao áp, trên vòiphun, trên bình lọc tinh còn có các nút xả khí để xả không khí trong hệ thống rangoài

Bơm tay (9) lắp song song với bơm tiếp vận (4) được sử dụng để bơm nhiênliệu vào hệ thống khi máy ngừng hoạt động lâu ngày, nhiên liệu trong hệ thốngđường ống bị rò qua những chỗ không kín khít Sau đó phải khóa van để cắt bơmtay khỏi hệ thống rồi khởi động động cơ

*Ưu điểm: Kết cấu cơ khí đơn giản, dễ dàng cho việc bảo dưỡng sửa chữa.

*Nhược điểm: Khả năng chuyển đổi tốc độ chậm, sự tiêu thụ nhiên liệu lớn, khí

thải thoát ra có sự ô nhiễm cao

3.1.2 Hệ thống nhiên liệu diesel sử dụng bơm cao áp dạng bơm phânphối

đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel sử dụng bơm phân phối

1- Thùng nhiên liệu; 2,5- Bơm chuyển nhiên liệu; 3- Bầu lọc tinh; 4- Van điều áp; 6- Bơm cao áp phân phối; 7- Vòi phun; 8- Buồng cháy; 9- Van cao áp; 10-Piston;

1

2

3

4 5

7

9 10 11

12 6

8

11- Lỗ nối với vòi phun; 12- Vành điều lượng

* Nguyên lý làm việc: Bơm phân phối khác với bơm nhánh ở chỗ là chỉ cần một bộ

đôi piston – xi lanh nhưng vẫn đảm bảo cung cấp nhiên liệu cho các xi lanh Pistonvừa tịnh tiến, vừa xoay Với động cơ có (i)xi lanh thì piston sẽ chuyển động tịnhtiến (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 xi lanh của bơm cao áp + Thân xi lanh có rãnh dẫn nhiên liệu cao áp vào lỗB

+ Piston gồm:

-Phần hình trụ trên để tạo áp suất cao

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

+ Khi piston chuyển động xuống dưới, nhiên liệu từ bơm tiếp vận qua lỗ A đượcnạp vào xi lanh

+ Khi piston đi lên trên, một phần nhiên liệu thoát qua lỗ A, cho đến khi đỉnhpiston bắt đầu đóng lỗ A, áp suất nhiên liệu bắt đầu tăng, áp suất tăng cao và mởvan cao áp (9), nhiên liệu theo đường cao áp vào lỗ B, vào xi lanh chứa trong phầnhình 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 điềulượng (12), nếu mặt trong của vành điều lượng (12) che kín lỗ C thì không có nhiênliệu cao áp thoát ra ngoài

+ Khi piston chuyển động đi lên, đến một lúc nào đó, mép dưới làm hở lỗ C, lúc đónhiên liệu cao áp từ đỉnh piston theo lỗ dọc, xuống lỗ C thoát ra ngoài Khi đó ápsuất trong xi lanh giảm đột ngột, quá trình phun nhiên liệu chấm dứt

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

3.1.3 Hệ thống nhiên liệu diesel Common Rail

Hình 3-3 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common Rail

1- Thùng nhiên liệu; 2- Đường dẫn nhiên liệu cung cấp; 3- Đường dầu hồi; 4- Cảm biến và đồng hồ báo mức nhiên liệu; 5- Bầu lọc nhiên liệu; 6- Bơm cao áp; 7- Cảm biến áp suất nhiên liệu; 8- Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 9- Bộ tích lũy áp suất; 10- Van điều áp; 11- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 12- Cảm biến vị trí trục khuỷu; 13- Cảm biến vị trí trục cam; 14- Dây dẫn điện; 15- Buồng cháy; 16- Vòi phun; 17- Đường dẫn nhiên liệu cao áp

* Nguyên lý hoạt động:Nhiên liệu từ thùng chứa được bơm chuyển nhiên liệu hút

qua bầu lọc nhiên liệu (5), sau đó tiếp tục được bơm cao áp (6) nén tới một áp suấtnhất định và được đưa vào một ống chung hay bộ tích lũy áp suất (9)(có các đườngống dẫn đến các vòi phun nên còn gọi là ống phân phối) Ở một thời điểm nào đó,ứng với một vị trí ga, áp suất trong bộ tích lũy áp suất được giữ ở một giá trị xácđịnh nhờ van điều áp (10) và van hạn chế lưu lượng đặt ở bơm cao áp Van nàyđược điều khiển bởi ECU (Electronic Control Unit) theo tín hiệu từ cảm biến vị tríbàn đạp ga (8) và các cảm biến khác

Các vòi phun được điều khiển phun nhờ ECU theo một chương trình đã xácđịnh được xử lý theo sự điều khiển của người lái và tín hiệu từ các cảm biến

3.1.4 Nhiệm vụ và yêu cầu,phân loại đối với hệ thống nhiên liệu Diesel

* Nhiệm vụ

- Dự trữ nhiên liệu: Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong mộtthời gian nhất định, không cần cấp thêm nhiên liệu; lọc sạch nước, tạp chất cơ học

lẫn trong nhiên liệu; giúp nhiên liệu chuyển động thông thoáng trong hệ thống.

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

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

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

+ Lưu lượng nhiên liệu vào các xylanh phải đồng đều và phun nhiên liệu vàoxylanh qua lỗ phun nhỏ với chênh áp lớn phía trước và sau lỗ phun, để nhiên liệuđược xé tơi tốt

- Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa sốlượng 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 môi chất trongbuồng cháy để hòa khí được hình thành nhanh và đều

* Yêu cầu

Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Họat động lâu bền, có độ tin cậy cao

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

- Dễ chế tạo, giá thành hạ

* Phân loại hình thành hoà khí trong động cơ diesel

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

+ Hình thành hòa khí kiểu không gian: nhiên liệu được phun tơi vào không gianbuồng cháy, được sấy nóng, bay hơi và hòa trộn đều với không khí tại đây, tạothành hòa khí

+ Hình thành hòa khí trên bề mặt: nhiên liệu được phun và tráng thành màng trên bềmặt thành buồng cháy, được sấy nóng, bay hơi tại đây để hòa trộn với không khí.+ Hình thành hòa khí kiểu hỗn hợp: theo yêu cầu của các chế độ vận hành khácnhau,một phần nhiên liệu được hình thành hòa khí theo kiểu không gian, còn mộtphần hình thành trên bề mặt buồng cháy

- Dựa vào nhân tố điều khiển, sự hình thành hòa khí chia thành:

+ Phun trực tiếp, hình thành hòa khí chủ yếu dựa vào sự phối hợp giữa chất lượngphun sương của nhiên liệu với hình dạng buồng cháy, tác dụng phụ là vận độngxoáy lốc của dòng khí nạp và dòng khí chèn cuối quá trình nén

+ Kiểu xoáy lốc, hình thành hòa khí chủ yếu dựa vào sự phối hợp giữa chuyển độngxoáy lốc của dòng môi chất đi vào buồng cháy phụ và tia nhiên liệu trong buồngcháy, ngoài ra còn dựa vào cường độ của dòng môi chất từ buồng cháy phụ phun rasau khi bốc cháy kết hợp với hình dạng buồng cháy chính

+ Kiểu dự bị, hình thành hòa khí chủ yếu dựa vào áp suất cao của môi chất trongbuồng cháy dự bị, sau khi một phần nhiên liệu đã được cháy trước ở dây tạo ra đểphun vào buồng cháy chính, giúp nhiên liệu chưa cháy kịp và không khí được hòatrộn tốt và cháy kiệt nhanh trong buồng cháy chính.

3.1.5 Đặc điểm hình thành hòa khí trong động cơ Diesel

Quá trình hình thành hòa khí trong động cơ Diesel cũng có những đòi hỏitương tự như động cơ đốt cháy cưỡng bức là: đảm bảo nhiên liệu được cháy kiệt,kịp thời làm cho hóa năng của nhiên liệu được chuyển biến hết thành nhiệt năng, rồi

từ nhiệt năng chuyển biến thành cơ năng một cách có hiệu quả nhất Nhưng nhiênliệu của động cơ Diesel lại là những thành phần chưng cất nặng, vì vậy đã sinh ramột loạt vấn đề và tạo nên sự khác biệt rõ rệt giữa quá trình hình thành hòa khí cũngnhư quá trình cháy của động cơ Diesel và động cơ đốt cháy cưỡng bức So vớixăng, nhiên liệu Diesel có độ nhớt lớn, khó bay hơi nên không thể cho nhiên liệu vàkhông khí được hòa trộn trước bên ngoài xylanh nhờ bộ chế hóa khí giống nhưđộng cơ đốt cháy cưỡng bức mà phải dùng biện pháp phun tơi nhiên liệu nhờ chênh

áp lớn vào môi trường áp suất lớn, nhiệt độ cao của môi chất công tác trong buồngcháy động cơ vào cuối kỳ nén, làm cho hòa khí được hình thành trực tiếp bên trongxylanh Sau đó hòa khí cũng qua các giai đoạn phản ứng hóa học phức tạp của ngọnlửa lạnh, ngọn lửa xanh, ngọn lửa nóng và tự phát hỏa bốc cháy Do cuối kỳ nénmới phun nhiên liệu vào xylanh động cơ nên quá trình hình thành hòa khí rất ngắn,chỉ chiếm khoảng (1530) độ góc quay trục khuỷu, nên đã tạo ra tình trạng khôngđều về thành phần hòa khí trong các khu vực buồng cháy động cơ Mặt khác khôngthể đem số nhiên liệu cấp cho chu trình phun cùng một lúc vào xylanh động cơ, dovậy trong suốt thời gian phun nhiên liệu, thành phần hòa khí trong xylanh cũng biếnđộng liên tục Tại khu vực hòa khí đậm, nhiên liệu do thiếu ôxy nên cháy chậm,thậm chí gây cháy không kiệt tạo nên khói đen trong khí xả, còn khu vực hòa khínhạt gây nên tình trạng không tận dụng hết ôxy Vì vậy động cơ Diesel chỉ có thểhoạt động bình thường không thải khói đen, khi giá trị trung bình của hệ số dưlượng không khí >1, nghĩa là trong tình trạng không sử dụng hết số oxy nạp vàođộng cơ.Với trường hợp >1 vẫn còn hiện tượng cháy không kiệt, đó là một trongnhững vấn đề chính cần giải quyết để nâng cao tính năng động lực và tính năng kinh

tế của động cơ Đối với động cơ Diesel, đặc điểm của quá trình hình thành hỗn hợpnhiên liệu không khí là hình thành bên trong buồng cháy với thời gian xảy ra rấtngắn, đặc điểm của nhiên liệu lại khó bay hơi nên phải tạo điều kiện cho nhiên liệuđược bay hơi, hòa trộn thật tốt Quá trình hình thành hòa khí và quá trình bốc cháynhiên liệu trong động cơ Diesel chồng chéo lên nhau, xảy ra liên tục Sau khi phun

nhiên liệu thì trong buồng cháy diễn ra một loạt thay đổi về tính chất lý hóa củathiên nhiên, sau đó một phần nhiên liệu được phun vào trước đã tạo thành hòa khíthì tự bốc cháy, trong khi nhiên liệu vẫn được tiếp tục phun vào để cung cấp cho xylanh động cơ Chính đặc điểm của quá trình hình thành hòa khí và quá trình cháynhư vậy nên để cho phù hợp thì động cơ Diesel có rất nhiều loại buồng cháy khácnhau tùy theo cấu tạo của động cơ và mục đích sử dụng động cơ

Hình 3-4 Một số buồng cháy động cơ Diesel

a,d: Buồng cháy thống nhất.

b, e, f: Buồng cháy khoét lõm sâu đỉnh piston.

c: Buồng cháy dự bị

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 – màngDựa vào nhân tố điều khiển và sự hình hành hòa khí thì chia thành:

+ Buồng cháy thống nhất+ Buồng cháy khoét lõm sâu trên đỉnh pistonCòn động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu phun gián tiếp thì buồng cháy củađộng cơ cũng được chia thành 3 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 gian nhỏ

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

Quá trình hình thành dầu khí tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau nhưng chủyếu là phụ thuộc vào kết cấu buồng cháy trong động cơ.Dưới đây là các kiểu hìnhthành hòa khí trong buồng cháy

- Buồng cháy phần lớn có dạng hình cầu, cá biệt có dạng elip tròn xoay, nên có tên

là buồng cháy hình cầu Tuy nhiên việc hình thành hòa khí cũng như quá trình cháykhông giống như các loại buồng cháy khoét sâu trên đỉnh pittông thông thường

* Đặc điểm quan trọng nhất của quá trình M:

- Là dùng vòi phun có một hoặc hai lỗ phun, nhiên liệu được phun thuận chiều dòngxoáy và tiếp tuyến với thành buồng cháy như ở hình vẽ 2.3 Nhờ tác dụng của dòngxoáy mạnh, nhiên liệu được tráng đều trên thành buồng cháy tạo ra màng mỏng.Nhiệt độ thành buồng cháy được giữ nhất định, điều khiển tốc độ bay hơi của nhiênliệu

Hình 3-5Quá trình M

C : Màng nhiên liệu

* Đặc tính của quá trình M:

- Một ít nhiên liệu được hình thành hòa khí theo kiểu không gian tự bốccháy, sau đó châm cháy số hòa khí hình thành từ màng Do số hòa khí được chuẩn

bị trong thời kỳ cháy trễ tương đối ít nên động cơ chạy êm, không có hiện tượng gõmáy do tính tự cháy kém của nhiên liệu làm tăng thời gian cháy trễ gây ra Chỉ sốxê-tan rất thấp nên phải tăng tỉ số nén và phải dùng hệ thống phun thích hợp

Dưới tác dụng của dòng khí lướt qua bề mặt màng, tầng tầng lớp lớp nhiênliệu được cuốn theo dòng khí tạo thành hòa khí Một phần nhiên liệu được phun vàokhông gian có nhiệt độ cao với thành phần hòa khí thích hợp sẽ tự bốc cháy trướctạo nên nguồn lửa châm cháy số hòa khí được hình thành từ màng nhiên liệu Trongkhi cháy thì nhiệt độ môi chất tăng dần càng làm tăng tốc độ bay hơi của nhiên liệu

và tốc độ hình thành hòa khí Nhờ tác dụng của hiện tượng "hòa khí nóng" phần hòakhí đã cháy đi vào tâm buồng cháy, còn phần không khí thì từ tâm buồng cháy dầndần đi ra phía thành làm tăng tốc độ hình thành hòa khí

- Do phần lớn nhiên liệu được bay hơi từ màng, không có hiện tượng nhiênliệu bị phân giải ở nhiệt độ cao do thiếu ôxy nên giảm hàm lượng muội than trongkhí xả, mặt khác thì hệ số sử dụng không khí cháy rất lớn, ở chế độ thiết kế có thểdùng  = 1,05

b Hình thành kiểu thể tích

- Hình thành hòa khí kiểu thể tích là cách phun tơi nhiên liệu vào hầu khắpkhông gian buồng cháy để các hạt nhiên liệu được sấy nóng, bay hơi và hòa trộnđều với không khí tạo ra hòa khí

- Thực ra phân loại buồng cháy theo nguyên tắc hình thành hòa khí không cótính tuyệt đối vì trong quá trình M có khoảng (20  30)% nhiên liệu được hìnhthành hòa khí theo kiểu thể tích và trong các buồng cháy hình thành hòa khí theokiểu thể tích cũng có được một ít nhiên liệu được hình thành hòa khí theo kiểumàng Vì vậy nếu nói chính xác thì phải gọi nặng về hình thành hòa khí kiểu màng

và nặng về hình thành hòa khí kiểu thể tích

Phần lõm trên đỉnh Piston có thành mỏng với tỉ số

d b

D= 0,75 0,9 và không sâu.Vòi phun có lỗ phun có đường kính nhỏ d = 0,15 0,25 (mm) với số lỗ từ 510 lỗ,

áp suất phun lớn 2060 MN/m2 Tia phun nhiên liệu tới sát thành buồng cháynhưng không chạm vào thành buồng cháy

Hình 3-6Buồng cháy thống nhất với phương pháp hỗn hợp thể tích

D: đường kính piston; d b : đường kính phần khoét lõm

Khi piston đi lên trong quá trình nén, hiện tượng không khí bị chèn vào khônggian trên đỉnh piston xảy ra không mãnh liệt.Nói cách khác, xoáy lốc không mạnhnên ít ảnh hưởng đến quá trình hình thành hỗn hợp (buồng cháy ít tận dụng xoáy lốckhông khí) Nhiên liệu được phun ra rất tơi và tia phun phù hợp với profin buồngcháy, do đó tia nhiên liệu đã thâm nhập đến phần lớn thể tích buồng cháy, tạo quátrình bay hơi hòa trộn nhiên liệu với không khí để hình thành hỗn hợp Vì vậy,người ta gọi đây là phương pháp hình thành thể tích

Vb và thể tích buồng cháy Vc là lớn trong khoảng (0,75 0,9) Vòi phun có số lỗ từ(35) lỗ, áp suất phun lớn (1520) MN/m2

Khi piston đi lên trong quá trình nén thì khối lượng không khí giữa nắpxylanh và đỉnh piston bị chèn mãnh liệt vào không gian trên đỉnh piston tạo rachuyển động xoáy lốc hướng kính với cường độ lớn (buồng cháy tận dụng xoáylốc) Đến thời điểm nhiên liệu được phun vào, một phần bị xoáy lốc xé nhỏ và hoàtrộn với không khí tạo thành hỗn hợp, phần còn lại gần 50% bám lên thành buồngcháy tạo thành màng và được dòng khí xoáy lốc cuốn dần tạo thành hỗn hợp.Phương pháp hỗn hợp này gọi là phương pháp hỗn hợp thể tích màng.

Như vậy, muốn nâng cao tính năng của động cơ cần phải đảm bảo nạp nhiềunhất không khí mới vào xi lanh, phải nâng cao hết mức hiệu suất sử dụng số khôngkhí này, có nghĩa là phải đảm bảo cho nhiên liệu được cháy kiệt với hệ số dư lượngkhông khí  nhỏ nhất và qúa trình cháy phải được kết thúc ở khu vực gần điểm chếttrên Do đó, kết cấu của buồng cháy phải phù hợp với quá trình hình thành hoà khí

và quá trình cháy nhiên liệu là khâu then chốt quyết định tính năng động lực và tínhnăng kinh tế của động cơ diesel

3.1.6 Bốn giai đoạn của quá trình cháy trong động cơ Diesel

Nhiên liệu trong động cơ diesel được phun vào xylanh động cơ ở cuối kỳ nén,

do lực cản không khí nén trong buồng cháy, nhiên liệu được xé tơi thành những hạtnhỏ không đều về kích thước và phân bố không đều trong không gian buồng cháy.Các hạt nhiên liệu trong môi trường nhiệt độ cao được sấy nóng nhanh, khiến nhiệt

độ tăng cao Nhiên liệu bắt đầu bay hơi từ bề mặt hạt rồi hơi nhiên liệu khuyếch tánnhanh vào khối không khí nóng xung quanh Sau một khoảng thời gian, xung quanhhạt nhiên liệu tạo ra các hỗn hợp của hơi nhiên liệu và không khí được gọi là cáclớp hoà khí Lớp hoà khí nằm sát với bề mặt hạt là hoà khí đậm, có nhiệt độ hơithấp vì hạt nhiên liệu hút nhiệt của lớp này để bay hơi, các lớp cách bề mặt càng xahoà khí càng nhạt với nhiệt độ càng cao

Cũng như hoà khí của động cơ đốt cháy cưỡng bức, thành phần hoà khí trongđộng cơ diesel cũng có giới hạn trên và giới hạn dưới, trong phạm vi giới hạn ấyhoà khí có thể thực hiện các phản ứng ôxy hoá để tự phát hoả và bốc cháy Còn nếuhoà khí nằm bên ngoài giới hạn sẽ không thể tự phát hoả bốc cháy được

Trong buồng cháy động cơ diesel có rất nhiều hạt nhiên liệu to nhỏ khác nhau,mặt khác lưu động của dòng khí trong buồng cháy rất phức tạp làm cho sự phân bố

về nhiệt độ và thành phần hoà khí xung quanh các hạt nhiên liệu trở nên vô cùngphức tạp.Nhưng có thể cho rằng không ít khu vực trong buồng cháy tồn tại hoà khí

có nhiệt độ và thành phần nằm trong giới hạn phát hoả và bốc cháy Do đó ở động

cơ diesel có thể hình thành màng lửa trung tâm rồi cháy tại một hoặc một vài nơi.Tóm lại, hình thành hoà khí và cháy của động cơ diesel là một quá trình phức tạp

xảy ra nhanh theo kiểu xen kẽ lẫn nhau Để tiện phân tích và làm rõ quy luật cháycủa động cơ Diesel, người ta dựa vào một vài đặc trưng trong tiến trình của quátrình cháy để chia quá trình cháy thành bốn giai đoạn khác nhau.

a Giai đoạn cháy trễ I

Được tính từ lúc phun nhiên liệu vào xylanh động cơ (điểm 1) tới khi phát hoảbốc cháy (điểm 2), ứng với đoạn I trên hình (3-8) Đặc điểm của thời kỳ cháy trễ là:

- Tốc độ phản ứng hoá học tương đối chậm, sản vật cháy của phản ứng là sảnvật trung gian

- Do tốc độ nhả nhiệt dQ/dt rất thấp nên có thể lược bỏ không xét tới sự khácbiệt của biến thiên áp suất và nhiệt độ môi chất so với đường nén

Nhiên liệu phun liên tục vào buồng cháy, cuối thời kỳ cháy trễ khoảng 30 40% nhiên liệu được phun vào, một vài động cơ cao tốc cá biệt có thể phun 100%nhiên liệu trong thời kỳ này

-Thời kỳ cháy trễ của qúa trình cháy trong động cơ diesel, trên một chừng mựcnào đó cũng có những nét tương tự như thời kỳ cháy trễ của động cơ xăng, chủ yếu

là để hình thành nguồn lửa đảm bảo cho quá trình cháy được phát triển toàn bộ rabuồng cháy, nhưng thời gian cháy trễ của động cơ xăng chủ yếu phụ thuộc vào việcchuẩn bị phản ứng hoá học của hoà khí, còn ở động cơ diesel ngoài việc phải chuẩn

bị cần thiết cho phản ứng hoá học còn phải phân bố nhiên liệu trong không gianbuồng cháy, sấy nóng các hạt nhiên liệu làm nhiên liệu bay hơi và khuếch tán.Vìvậy càng có nhiều yếu tố gây ảnh hưởng tới thời kỳ này

b Giai đoạn cháy nhanh II

Được tính từ điểm 2 đến khi đạt áp suất cực đại trong xylanh (điểm 3 hình

3-8) Ở động cơ cao tốc Pz thường xuất hiện ở vị trí 6  100 góc quay trục khuỷu,phía sau điểm chết trên Đặc điểm của thời kỳ này là:

- Nguồn lửa được hình thành, tốc độ cháy tăng nhanh, tốc độ nhả nhiệt dQ/dtthường lớn nhất; ở cuối thời kỳ này số nhiên liệu bốc cháy chiếm khoảng 1/3 nhiênliệu cấp cho chu trình

- Áp suất và nhiệt độ tăng nhanh, áp suất cao nhất tới 6 9 (MPa)

- Nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng cháy (số lượng nhiêu liệu phunvào thời kỳ này phụ thuộc vào độ dài ngắn của thời gian cháy trễ và thời gian phunnhiên liệu của chu trình) làm tăng nồng độ nhiên liệu trong hòa khí

Trong thời kỳ cháy nhanh, tốc độ tăng áp suất p/ rất lớn.Nếu p/vượt quá 4.105 6.105 (Pa/độ)sẽ tạo nên các xung áp suất đập vào bề mặt các chitiết trong buồng cháy, gây tiếng gõ đanh và sắc, đó là chế độ hoạt động thô bạo củađộng cơ diesel Các chi tiết chịu tải của động cơ dễ bị hỏng, rút ngắn tuổi thọ, vì vậy

cần tìm biện pháp tránh gây hiện tượng trên.Tình hình cháy trong thời kỳ cháy trễ

và tình hình tiến triển của những chuẩn bị về vật lý và hóa học của nhiên liệu trên.Nếu thời kỳ cháy trễ kéo dài đầy đủ để cháy thì chỉ cần một nơi nào đó phát hỏa,màng lửa sẽ lan nhanh đến mọi nơi trong buồng cháy Tốc độ cháy rất lớn, do đótăng tốc độ gia tăng áp suất, hoạt động của động cơ sẽ trở nên thô bạo rất khó điềukhiển trực tiếp tốc độ cháy của thời kỳ cháy nhanh nhưng có thể điều khiển mộtcách gián tiếp thông qua việc giảm bớt nhiên liệu cấp cho xylanh trong thời kỳ cháytrễ.Vì vậy có thể thấy, điều khiển thời kỳ cháy trễ có ảnh hưởng rất quan trọng tớiquá trình cháy của động cơ diesel

c Giai đoạn cháy chính III

Được tính từ điểm 3 đến điểm 4 (điểm có nhiệt độ lớn nhất).Điểm có nhiệt

độ lớn nhất thường xuất hiện phía sau điểm chết trên khoảng 20  250 góc quaytrục khuỷu Đặc điểm của thời kỳ này là:

- Quá trình cháy tiếp diễn với tốc độ cháy lớn, cuối thời kỳ cháy chính sốnhiệt lượng đã nhả ra chiếm khoảng 70  80% nhiệt lượng cấp cho chu trình

- Trong thời kỳ này, thông thường đã kết thúc phun nhiên liệu, do sản vậtcháy tăng nhanh làm giảm nồng độ của nhiên liệu và ôxy

- Nhiệt độ tăng lên tới giá trị lớn nhất (1700  20000C), nhưng do piston đãbắt đầu đi xuống nên áp suất hơi giảm xuống

- Nồng độ sản vật trung gian trong buồng cháy giảm nhanh, còn nồng độ củasản vật cháy cuối cùng tăng nhanh

Trong thời kỳ cháy chính, mới đầu tốc độ cháy rất lớn, sau đó lượng ôxy trongbuồng cháy giảm dần, sản vật cháy tăng lên nhiều, điều kiện cháy trở nên bất lợi, vìvậy cuối thời kỳ này tốc độ cháy càng ngày càng chậm Trong thời kỳ này một ítnhiên liệu được cháy trong điều kiện rất nóng và thiếu ôxy có thể cháy không hếttạo ra muội than cùng theo khí xả thải ra ngoài trời gây ô nhiễm môi trường Vì vậyvấn đề chính của thời kỳ cháy chậm là mâu thuẫn giữa tốc độ cháy và tốc độ hìnhthành hóa khí Nếu tăng cường cung cấp ôxy cho nhiên liệu để cải thiện chất lượnghình thành hòa khí sẽ làm tăng tốc độ cháy, rút ngắn thời kỳ cháy chính làm chonhiên liệu cháy hoàn toàn, nâng cao thêm tính năng động lực học và tính năng kinh

tế của động cơ

P I II III IV T

Q g

dQ/dt

5 P

4

3 2

1

2 1

5

Hình 3-8Đồ thị khai triển quá trình cháy của động cơ Diesel

g : Lượng nhiên liệu cấp cho chu trình

Q : Nhiệt lượng cấp cho chu trình dQ/dt : Tốc độ nhả nhiệt.

d Giai đoạn cháy rớt IV

Bắt đầu từ điểm nhiệt độ cực đại 4 tới khi cháy hết (điểm 5).Rất khó xác địnhđược điểm 5, trên thực tế điểm 5 có thể kéo dài đến lúc mở cửa thải Thông thườngcoi điểm 5 là điểm có nhiệt lượng do cháy nhả ra chiếm khoảng (9597)% nhiệtlượng cấp cho chu trình Trong những động cơ cao tốc, thời kỳ cháy rớt có thểchiếm khoảng 50% thời gian hình thành hòa khí và cháy của chu trình Đặc điểmcủa thời kỳ là:

- Tốc độ cháy giảm dần tới lúc kết thúc cháy, do đó tốc độ nhả nhiệt dQ/dtcũng giảm dần tới không

- Do thể tích môi chất trong xylanh tăng dần nên áp suất và nhiệt độ đều hạthấp

Ở thời kỳ cháy rớt, do áp suất và nhiệt độ môi chất trong xylanh đều hạ thấp,chuyển động của dòng khí yếu dần, sản vật cháy tăng nhiều làm cho điều kiện cháy

φ0

φ

của nhiên liệu kém hơn so với thời kỳ cháy chính, khả năng hình thành muội thancàng lớn, mặt khác trong thời kỳ cháy rớt, sự cháy lại diễn ra trong thời kỳ giãn nở,

vì vậy phần nhiệt lượng nhả ra trong thời kỳ này chuyển thành công ít hiệu quả hơncác kỳ trước Ngược lại nó còn làm tăng phụ tải nhiệt các chi tiết của động cơ, tăngnhiệt độ khí thải và tăng tổn thất nhiệt truyền cho nước làm mát làm giảm các tínhnăng động lực và kinh tế của động cơ Do đó luôn luôn mong muốn giảm thời kỳcháy rớt tới mức ngắn nhất Muốn vậy phải tăng cường chuyển động của dòng khítrong buồng cháy động cơ, cải thiện chất lượng hình thành hòa khí làm cho nhiênliệu phun vào xylanh động cơ trong thời gian cháy chính, làm cho quá trình cháy về

cơ bản kết thúc ở sát điểm chết trên

3.2 Đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc hệ thống điều khiển điện tử và một số cảm biến chính trong hệ thống nhiên liệu động cơ Cummins N14-330E

3.2.1 Khảo sát hệ thống điện tử điều khiển quá trình cung cấp

Đối với động cơ Cummins 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 Cummins phụ thuộc chủ yếu vào 2yếu 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 thốngkhác nhau lắp trên ô tô 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:

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

Bao gồm các cảm biến cung cấp cho bộ xử lý các thông tin về số vòng quay,

vị trí bàn đạp chân ga, nhiệt độ không khí nạp, nhiệt độ làm việc của động cơ cáccảm biến làm việc theo nguyên tắc khác nhau Các thông tin từ các cảm biến đưa về

bộ xử lý dưới dạng các tín hiệu điện như: tín hiệu dạng xung, tín hiệu điện áp biếnđổi, tín hiệu tần số và được biến đổi sơ bộ trước khi đi vào bộ xử lý

b Hệ thống xử lý

Căn cứ vào các tín hiệu gởi về từ các cảm biến, hệ thống xử lý so sánh vớicác 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.

c Hệ thống thừa hành

Bao gồm các cơ cấu chấp hành được điểu khiển bằng các tín hiệu đầu ra của

bộ xử lý Các cơ cấu chấp hành như: vòi phun, hệ thống làm mát được điểu khiểnsao 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, tuy nhiên trước hết cần nhắc lại các nguyên tắc điểu khiển trên động cơđốt trong

* Định lượng hỗn hợp nhiên liệu, không khí

Chúng ta biết rằng không khí chung quanh ta là hỗn hợp các khí khác nhau

mà trong đó hai thành phần chủ yếu là Ôxy (chiếm 21% khối lượng) và Nitơ (chiếm78% khối lượng) So với một thể tích nhất định, khối lượng khí phụ thuộc vào cácthông số trạng thái của nó như: áp suất, nhiệt độ Vì vậy với một dung tích xi lanhnhất định, khối lượng không khí 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 cháy diễn

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 thể tích khí nạp được xác định thông qua thể tích công tác và hiệu suất thể tíchđộng cơ Thể tích công tác phụ thuộc đường kính xi lanh và hành trình piston, cònhiệu suất thể tích phụ thuộc kết cấu của động cơ và đường ống nạp.Vì mỗi loại động

cơ có một kích thước và kết cấu khác nhau nên để đảm bảo cho điều kiện phunnhiên liệu được chính xác, các thông số kết cấu và hiệu suất thể tích được nạp sẵnvào bộ nhớ ROM của bộ điều khiển điển tử

Lượng nhiên liệu phun không chỉ phụ thuộc vào khí nạp, buồng cháy động

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 Bộ xử lý cũng sử dụng các tín hiệu nhận được từcác cảm biến đo các yếu tố đặc trưng cho tình trạng làm việc của động cơ để điềuchỉnh lượng phun sao cho đạt được tỉ lệ hỗn hợp thích ứng với điều kiện làm việccủa động cơ

* Xác định góc phun sớm

Cũng tương tự như nguyên tắc điều khiển lượng phun, bộ xử lý điều khiểnlượng phun, bộ xử lý điều khiển góc phun sớm trên cơ sở tín hiệu thu được từ cảmbiến đo số vòng quay động cơ và các cảm biến xác định trạng thái động cơ như cảmbiến xác định nhiệt độ nước làm mát, cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến áp suấtkhí nạp

Để hiểu rõ hơn bản chất của quá trình lượng phun, góc phun sớm tối ưu tahãy xem xét ví dụ đơn giản hóa quá trình xác định góc phun sớm tối ưu cho hệthống phun Diesel như sau:

Đầu tiên người ta vẽ đồ thị công của động cơ ở mỗi số vòng quay nhất định(ví dụ 1600 vg/ph) ứng từng góc phun sớm khác nhau Rõ ràng là ở các giá trị gócphun sớm khác nhau ta thu được những giá trị công sinh ra khác nhau Từ các đồ thịnày ta xây dựng được đồ thị biểu diễn quan hệ công suất theo góc phun sớm ở từng

số vòng quay nhất định theo như trong đồ thị hình 3-9

Ở giá trị  = Ne, công suất Ne = Nemax

Hình 3-9 Đồ thị quan hệ công suất - góc phun sớm ở n = 1600 [vg/ph]

Cũng theo trình tự như trên, người ta xây dựng được các đồ thị biểu diễn quan

hệ của nồng độ phát sinh các khí gây ô nhiễm như: Hydrocacbon và Ôxít Nitơ trênđường ống phải theo góc phun sớm ở từng số vòng quay như trong các đồ thị sauđây Ở giá trị  = Ne, nồng độ ô nhiễm chung đạt giá trị nhỏ nhất

Ở đây phần gạch chéo biểu thị vùng của chất ô nhiễm vì khi ta xây dựng đồ thị

có xét các ảnh hưởng khác như nhiệt độ động cơ, áp suất khí nạp

ba đường cong công suất, ô nhiễm theo góc phun sớm, người ta chọn góc phun sớm

ở giá trị tối ưu:  = m sao cho công suất sinh ra ở gần giá trị cực đại và nồng độgây ô nhiễm ở gần giá trị cực tiểu

Người ta tiến hành việc xác định góc phun sớm như trên ở mỗi giá trị số vòng quay

và ở từng chế độ tải trọng khác nhau Kết quả được lập thành bảng góc phun sớmtối ưu theo số vòng quay và % tải gọi là bảng góc phun sớm cơ sở

Bảng góc phun sớm trên được gọi là góc phun sớm cơ sở bởi vì khi xác định

nó người ta chưa tính đến ảnh hưởng của các yếu tố khác như: nhiệt độ nước làmmát của động cơ, nhiệt độ khí nạp đến chế độ làm việc của động cơ Đường congbiểu thị quan hệ giữa các yếu tố này đến sự tăng, giảm góc phun sớm được gọi là đồthịhiệu chỉnh

Khi động cơ hoạt động, bộ xử lý nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu,cảm biến vị trí bàn đạp ga, áp suất trên đường ống nạp để xác định số vòng quay vàtải trọng động cơ tại thời điểm đó Với hai thông số này, bộ xử lý đối chiếu vàobảng góc phun sớm cơ sở để lấy ra giá trị góc phun sớm, sau đó bộ xử lý căn cứ vàogiá trị thu được từ các cảm biến khác nhau như: cảm biến nước làm mát, cảm biếnnhiệt độ khí nạp để hiệu chỉnh và có giá trị góc phun sớm thích hợp Giá trị được bộ

xử lý dùng để điều khiển bộ phận thừa hành ở đầu ra như vành cam

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

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, sơ đồ điều khiển điện tửnhư sau:

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 xem xét sự phối hợp giữa chúng với nhau trong bộ vi xử lý

+ 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

+Xử lý tín hiệu vào

Rất dễ nhận định không chính xác về chức năng của bộ xử lý trên ô tô.Nhiều

kỹ thuật viên cho rằng tín hiệu vào được tuần tự đưa vào bộ xử lý và biến thành tínhiệu ra Ta thường nhầm như vậy, bởi vì bộ xử lý làm việc quá nhanh Nhưng thực

ra, bộ xử lý không thể làm việc với các tín hiệu vào dưới dạng chúng được truyềnđến, mà chúng được biến đổi thành các tín hiệu dạng số.Tín hiệu là sự kết hợp giữacác mức điện áp có và không, mức điện áp có là số1 và mức điện áp không là số 0.Tín hiệu phải được biến dạng sang số vì bộ xử lý chỉ có thể làm việc với cáctín hiệu 0 và 1

Vì mỗi loại cảm biến tạo nên một dạng khác nhau nên chúng đòi hỏi các cáchbiến đổi khác nhau sang dạng số Do đó, việc hiểu được cách hoạt động của các bộbiến đổi này là điều rất quan trọng

Trước tiên ta nghiên cứu nguyên lý làm việc của bộ biến đổi tương tự - số.Mộttrong các bộ biến đổi dùng phổ biến trong bộ điều khiển là bộ biến đổi tương tự số,viết tắt là ADC Bộ này dùng để biến đổi tín hiệu điện áp một chiều có giá trị thayđổi 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 áp suất là những ví dụ của cảm biến tạo ra tín hiệu điện áp tương tựthay đổi, chúng phải được biến thành dạng tín hiệu số mới có thể xử lý được

Hình 3-14 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 ADC 8 bít)nối liền bộ xử lý với bộ nhớ Mạch điện tử ADC khá phức tạp, vượt ra ngoài phạm

vi nghiên cứu của đề tài này Chúng ta chỉ cần biết là khi tín hiệu điện áp tương tựđược đưa vào bộ ADC, thì tạo nên các tín hiệu dạng số ở đầu ra Nói cách khác, bộ

ADC biến đổi điện âp một chiều sang dạng số nhị phđn 8 bít mă bộ xử lý có thể đọcđược

Bộ ADC biến đổi điện âp một chiều dạng tương tự số nhị phđn rất nhanh, quâtrình biến đổi cũng chỉ mất thời gian nhất định, khoảng chừng văi phầnngăn giđy

Bộ nhớ (memory): Có 3 kiểu bộ nhớ được sử dụng trong bộ xử lý của hệ thốngđiều khiển trín ô tô lă:

Bộ nhớ chỉ đọc, viết tắt lă ROM

Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiín, viết tắt lă RAM

Bộ nhớ nuôi, viết tắt lă KAM

ĐẠ I

TÍN HIỆ U RA

BỘ NHỚ

BÔ Ổ N ÁP (5V)

NGUỒ N

(12V)

Hình 3-13Sơ đồ khối điều khiển điện tử phun nhiín liệu

Sơ đồ khối ở trín trình băy cấu trúc một bộ điều khiển vi xử lý Trong bộ phậnnăy có câc khối riíng biệt thực hiện câc chức năng khâc lă:

+ Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiín (RAM)

Câc dữ liệu được bộ xử lý lưu trữ tạm thời trong bộ nhớ RAM Câc dữ liệu năybao gồm câc dữ liệu về tình trạng hiện hănh của động cơ, của câc hệ thống hoặc câcthông tin cần thiết khâc mă bộ xử lý cần ghi nhớ tạm thời khi hoạt động.Khi cắtnguồn điện cung cấp (tắt chìa khoâ điện), câc dữ liệu lưu trữ trong bộ nhớ RAMcũng bị mất

5v

3

0 0 1 0 0 1 1 0

0v 0v 5v 0v 0v 5v 5v 0v

4

Hình 3-14Bộ biến đổi tương tự số

2 Điện trở trong 4 Tín hiệu nhị phân 8 bít

+Bộ nhớ chỉ đọc (ROM)

Một số thông tin cần thiết như các chương trình hệ thống, các thông số về kếtcấu như dung tích động cơ, hệ số thể tích và các tham số để kiểm tra các bộ phậntrên xe phải được dự trữ trong bộ nhớ và không được xoá hoặc ghi đè lên Cácthông tin này được ghi trong một bộ nhớ gọi là bộ nhớ chỉ đọc (ROM).Các thông tinghi trong bộ nhớ ROM không bị mất đi khi cắt nguồn điện cung cấp cho bộ nhớ.+ Bộ nhớ chỉ nuôi (KAM)

Những hệ thống điều khiển dùng bộ vi xử lý như hệ thống điều khiển độngbằng điện tử yêu cầu một phần bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (KAM) vẫn phải tiếptục hoạt động ngay cả sau khi tắt khoá điện Vì vậy, một phần bộ nhớ được cấp điện

áp độc lập từ nguồn ắc quy Nhờ đó, thông tin trong vùng nhớ này được cập nhậttheo yêu cầu bộ xử lý và thông tin không bị mất đi khi tắt khoá điện Thông tin lưutrữ trong vùng nhớ này được gọi là thông tin điều chỉnh, vì vậy như các thông tin về

hư hỏng mà bộ xử lý phát hiện khi động cơ hoạt động, độ mòn các chi tiết nhưpiston, xi lanh

+ Bộ vi xử lý

Bộ vi xử lý thực hiện một số chức năng khác nhau Chúng nhận và xuất trữ dữliệu, kiểm soát tính tuần tự của các sự kiện nhờ có mạch thời gian bên trong, và raquyết định theo kết quả của các phép tính toán học

Khi ta sử dụng một máy tính điện tử, ta nhập số liệu bằng cách nhấn các phím.

Ta nhấn các phím chức năng để máy làm việc Bộ vi xử lý cũng tương tự như mộtmáy tính, nhưng nó có khả năng tự nhấn phím cho mình, không cần con người giúp

đỡ mà tuỳ thuộc vào kết quả đã được cài sẵn bên trong

Tương tự như trên, bộ vi xử lý trên ô tô cũng tính toán và điều khiển các hệthống theo một chương trình đã được cài sẵn Chương trình khi viết đã dự kiến hầuhết các điều kiện vận hành của hệ thống

+ 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 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

Một số bộ điều khiển có thể tự động bật đèn báo hay có chuông báo nguy nếuphát 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 cócách 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 khiển chỉ có thể kiểm tra và so sánhmột giá trị tín hiệu mà thôi

+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

+Các chức năng của đầu ra

Bộ xử lý không trực tiếp điều khiển 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