thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ diesel d4bb (lắp trên xe hyundai porter 1 25)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU TỐC ĐIỆN TỬ
ĐỘNG CƠ DIESEL D4BB
(LẮP TRÊN XE HYUNDAI PORTER 1.25)
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T13 - 2008

S KC 0 0 2 1 9 4

Tp. Hồ Chí Minh, 2008


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

-----------------------

ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU TỐC ĐIỆN TỬ
ĐỘNG CƠ DIESEL D4BB
(LẮP TRÊN XE HYUNDAI PORTER 1.25)
MÃ SỐ: T13 - 2008

THUỘC NHÓM NGÀNH: KHOA HỌC KỸ THUẬT
NGƯỜI CHỦ TRÌ
: ThS. PHAN NGUYỄN Q TÂM
ĐƠN VỊ
: KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TP. HỒ CHÍ MINH – 12/2008


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
MỤC LỤC
Trang
Phần 1. Đặt vấn đề .............................................................................................. 2
I. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 2
II. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ......................................................2

III. Những vấn đề còn tồn tại ..............................................................................2
Phần 2. Giải quyết vấn đề .................................................................................. 3
I. Mục đích đề tài .................................................................................................. 3
II. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................3
III. Nội dung ........................................................................................................3
III.1.Kế hoạch thực hiện đề tài .................................................................... 3
III.2 Cơ sở lý thuyết cho việc lắp bộ điều tốc.............................................. 3
III.2.1. Bộ điều tốc trên động cơ đốt trong .......................................... 3
III.2.2. Bơm cao áp VE trên động cơ D4BB........................................12
III.2.3. Hiện trạng sử dụng bộ điều tốc điện tử trên động cơ Diesel ...20
III.3. Tổng quan về điều khiển lập trình......................................................21
III.3.1. Giới thiệu vi điều khiển PIC 16F877A.................................... 21
III.3.2. Các linh kiện khác ..................................................................23
III.4. Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử ..................................................23
III.4.1. Thực nghiệm thu thập số liệu điều khiển bộ điều tốc cơ khí...25
III.4.2. Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc ...................................................25
III.5. Thực nghiệm đánh giá bộ điều tốc điện tử .........................................41
III.5.1. Động cơ thực nghiệm...............................................................41
III.5.2. Thực nghiệm đánh giá khí thải ..............................................42
III.5.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm ...............................................44
IV. Kết quả nghiên cứu .......................................................................................45
IV.1. Tính khoa học ...................................................................................... 45
IV.2. Khả năng triển khai ứng dụng vào thực tiễn ......................................45
IV.3. Hiệu quả kinh tế, xã hội .....................................................................45
Phần 3. Kết luận và đề nghò............................................................................... 46
I. Kết luận.............................................................................................................. 46
II. Hướng phát triển của đề tài .............................................................................46
III. Đề nghò ..........................................................................................................46
Phụ lục .................................................................................................................. 49
Tài liệu tham khảo .............................................................................................. 51

Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 1


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
Phần I: ĐẶT VẤN ĐỀ
I. ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU:
Ngày nay động cơ Diesel trở thành nguồn động lực quan trọng của các ngành
công nghiệp nhất là trong giai đoạn hiện nay. Do đó, vấn đề tiết kiệm nhiên liệu, nâng
cao tuổi thọ và tận dụng công suất động cơ Diesel là những yêu cầu có tính cấp bách
đã và đang được các nhà nghiên cứu trên thế giới tìm cách giải quyết một cách triệt
để. Điều chỉnh tự động thông qua kỹ thuật điều khiển điện tử là một trong những biện
pháp tối ưu để giải quyết các yêu cầu trên. Chính vì vậy, việc thiết kế và chế tạo bộ
điều tốc điện tử cho động cơ Diesel sẽ phù hợp với xu thế chung của thế giới và tình
hình thực tế ở nước ta khi mà bộ điều tốc cơ khí truyền thống dần bộc lộ nhiều khuyết
điểm. Một vài nhược điểm của nhiêu liệu hóa thạch đã mở ra một kỷ nguyên mới về
việc sử dụng nguồn nhiên liệu kép cho động cơ Diesel như Diesel - LPG, Diesel CNG….Với các loại nhiên liệu kép này thì bộ điều tốc kiểu cũ không thể phát huy tác
dụng. Khi đó, bộ điều tốc điện tử là một giải pháp hiệu quả. Vì vậy, người nghiên cứu
quyết đònh chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử cho động cơ
Diesel sử dụng bơm cao áp VE”. Ngoài ra, đề tàøi này giúp học viên ngành ô tô có điều
kiện ứng dụng những kiến thức lý thuyết đã học vào thực tế, từng bước tiếp cận những
công nghệ mới của thế giới, thu hẹp khoảng cách về trình độ, công nghệ với thế giới.
II. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC:
ƒ Nghiên cứu, chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG cho động cơ Diesel –
Lê Thanh Phúc – Luận văn thạc só, người hướng dẫn: PGS. TS Đỗ Văn Dũng –
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM
Đề tài liên quan đến vấn đề việc lắp đặt bộ điều tốc điện tử điều khiển bằng
môtơ bước thay cho bộ điều tốc bộ điều tốc cơ khí trên động cơ Diesel Vikyno RV

125, 1 xylanh khi sử dụng nhiên liệu kép LPG -Diesel. Kết quả đề tài cho thấy khả
năng ứng dụng rộng rãi loại nhiên liệu kép Diesel - LPG cho động cơ Diesel.
ƒ Nghiên cứu, chế tạo mạch điều khiển hộp số tự động dùng vi điều khiển –
Trần Văn Nguyện – Luận văn thạc só, người hướng dẫn: PGS. TS Đỗ Văn Dũng –
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM
Luận văn được hoàn thành trên cơ sở ứng dụng vi xử lý để chế tạo mạch điều
khiển hộp số tự động theo chương trình. Kết quả luận văn cho thấy khả năng ứng dụng
rộng rãi của vi điều khiển trong điều khiển lập trình hoạt động cho nhiều kết cấu cơ
khí và thiết bò điện phức tạp.

Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 2


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
Phần 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
I. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI:
Đề tài có hai mục đích chính đó là:
ƒ Chế tạo bộ điều tốc điện tử thay thế bộ điều tốc cơ khí cho động cơ Diesel sử
dụng bơm cao áp VE theo yêu cầu sử dụng.
ƒ Đánh giá các tính năng hoạt động của động cơ sau khi lắp đặt bộ điều tốc điện
tử.
II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Đề tài được thực hiện dựa trên các phương pháp nghiên cứu sau:
ƒ Phương pháp thu thập tài liệu liên quan.
ƒ Phương pháp quy hoạch thực nghiệm và xử lí số liệu.
ƒ Phương pháp lập trình vi điều khiển
ƒ Phương pháp thực nghiệm đánh giá
III. NỘI DUNG:

III.1 Kế hoạch thực hiện đề tài:

¾ 01.08 – 02.08: Nghiên cứu cơ sở của việc lắp bộ điều tốc trên động cơ Diesel
¾ 03.08 – 05.08: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết điều chỉnh tự động tốc độ động cơ
Diesel, kỹ thuật vi điều khiển
¾ 06.08 – 09.08: Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử
¾ 10.08: Thực nghiệm kiểm tra sản phẩm chế tạo.
¾ 11.08: Đánh giá kết luận và viết thuyết minh.
III.2 Cơ sở lý thuyết cho việc lắp bộ điều tốc
III.2 .1 Bộ điều tốc trên động cơ đốt trong
III.2.1.1. Đại cương về điều chỉnh tự động chuyển động của động cơ
Động cơ đốt trong thường xuyên phải thay đổi chế độ làm việc một cách đột
ngột, nghóa là các chế độ làm việc ổn đònh của động cơ luôn bò phá vỡ (đặc biệt là ở
động cơ diesel). Chế độ làm việc ổn đònh của động cơ chỉ tồn tại khi công suất động cơ
(Ne) cân bằng với công suất cản (Nc) hoặc ở một tốc độ nào đó mà mômen có ích (Me)
của động cơ cân bằng với mômen cản (Mc) của máy công tác, nói cách khác là MeMc=0.
Như vậy, khi phụ tải thay đổi, tốc độ của động cơ cũng thay đổi theo, mặc dù theo
phương pháp Whenbauer khối lượng bánh đà có thể bù một phần độ chênh lệch giữa
công suất động cơ và công suất cản nhưng nó chỉ mang tính chất tạm thời. Hơn nữa,
kích thước của bánh đà càng nhỏ tác dụng bù trừ càng ít và có trò số không đáng kể. Vì
vậy, việc thiết lập một cơ cấu tự động điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi
chu trình làm việc của động cơ là cần thiết, qua đó giữ cho số vòng quay động cơ
không thay đổi đó là bộ điều tốc.
Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 3


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
Mục đích của việc điều chỉnh tự động là giữ cho thông số đặc trưng của quá

trình ở một giá trò nhất đònh hay biến thiên theo một qui luật cho trước cho dù có những
kích động bất thường từ bên ngoài. Thông số này được gọi là thông số điều chỉnh.
Trong phạm vi đề tài này, thông số điều chỉnh là tốc độ của động cơ và đối tượng điều
chỉnh là động cơ đốt trong.
Thiết bò tự động dùng để điều chỉnh một thông số nào đó gọi là bộ điều chỉnh tự
động. Bộ điều chỉnh tự động thường gồm những phần cơ bản như sau:
- Bộ cảm biến: phát hiện độ lệch của thông số điều chỉnh so với yêu cầu khi có
sự kích động từ bên ngoài.
- Bộ chấp hành: tiếp nhận tín hiệu từ bộ cảm biến và điều chỉnh thông số về giá
trò yêu cầu.
Hệ thống gồm bộ điều chỉnh và đối tượng điều chỉnh gọi là hệ điều chỉnh tự
động. Hệ điều chỉnh tự động thường được bố trí thành chu trình như trên sơ đồ khối
hình 2.1. Đối tượng điều chỉnh chòu tác động của nguồn kích động. Tác động này có
thể làm sai lệch các thông số điều chỉnh so với yêu cầu. Sai lệch sẽ được bộ cảm biến
nhận biết và chuyển thành tín hiệu dưới dạng số truyền tới bộ chấp hành. Khi đó bộ
phận chấp hành sẽ hoạt động để đưa thông số điều chỉnh trở về giá trò yêu cầu. Mạch
truyền tác động từ đối tượng về bộ điều khiển gọi là mạch phản hồi. Như vậy hệ điều
chỉnh tự động kín là hệ điều chỉnh có phản hồi.

Hình 1. Hệ điều chỉnh tự động kín
Ngoài mạch phản hồi chính nói trên của hệ, trong một hệ thống điều chỉnh tự
động còn có thể có các mạch phản hồi phụ của một vài bộ phận trong hệ có tác dụng
nâng cao chất lượng của quá trình điều chỉnh tự động. Nhiều khi do kích động nhỏ, tín
hiệu từ bộ phận này phát ra không đủ để làm bộ phận chấp hành hoạt động. Để hệ
thống có thể hoạt động ngay khi kích động nhỏ, giữa bộ cảm biến và bộ chấp hành có
bố trí bộ phận khuếch đại dùng để khuếch đại từ bộ phận cảm biến, sơ đồ khối sẽ có
dạng như hình 2.

Hình 2. Hệ điều chỉnh tự động kín có bộ phận khuyếch đại
Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 4


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
III.2.1.2 Tính ổn đònh của động cơ đốt trong:
1- Sự cân bằng năng lượng:
Chế độ làm việc của động cơ đốt trong được đặc trưng bằng một tổ hợp những
thông số công tác chủ yếu của động cơ (phụ tải, số vòng quay, trạng thái nhiệt…). Chế
độ làm việc luôn thay đổi theo đặc điểm của động cơ.
Nhân tố chính thể hiện công của động cơ là công suất có ích Ne (KW) là mối
quan hệ giữa moment xoắn của động cơ Me (KNm) và tốc độ góc ω hay số vòng quay
n (vòng/phút) của trục khuỷu thể hiện qua biểu thức sau:
2π
Ne = Me * ω = Me *
* n = 0.1047 * Me * n
60

Trong quá trình làm việc của động cơ Me, n luôn thay đổi. Tốc độ nhỏ nhất phụ
thuộc vào điều kiện làm việc ổn đònh của động cơ. Tốc độ lớn nhất phụ thuộc vào
nhiều yếu tố như: các điều kiện bảo đảm cho chu trình công tác được tiến hành tốt,
mức độ tăng của lực quán tính, ứng suất nhiệt của các chi tiết, độ giảm của hệ số nạp
và các yếu tố gây ảnh hưởng xấu đến chu trình công tác, tuổi thọ và độ tin cậy của
động cơ.
Ứng với mỗi chế độ tốc độ, công suất hay moment có thể thay đổi từ không (chế
độ không tải) tới trò số lớn nhất ứng với chế độ tốc độ ấy. Vậy, tổng hợp mọi chế độ
làm việc của động cơ ta được đồ thò mà trục hoành là số vòng quay n và trục tung là
công suất Ne hay moment Me là diện tích được giới hạn bởi bốn đường: trục hoành, hai
đường thẳng vuông góc với trục hoành ứng với số vòng quay nhỏ nhất và lớn nhất,
đường nối các điểm có công suất hay moment cực đại ứng với mỗi chế độ tốc độ (phần

gạch chéo trên hình .3.

Hình 3. Các chế độ làm việc của động cơ
Công suất cản Nc hay moment cản Mc cũng được đặc trưng bằng các đường
cong thể hiện bằng mối quan hệ với số vòng quay của động cơ trong các điều kiện
khác nhau (ví dụ: trạng thái mặt đường đối với ôtô …) như hình 2.4.

Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 5


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

Hình 4. Đường đặc tính công suất có tích và công suất cản của động cơ ở các chế độ
khác nhau
Trên hình 4 các đường cong 1, 2, 3, 4 thể hiện hàm Ne=f(n) tương ứng với một
vò trí điều khiển của cơ cấu điều khiển động cơ (vò trí bướm ga hoặc thanh răng bơm
cao áp). Các đường cong từ I đến IV biểu diễn sự biến thiên công suất cản Nc=f(n) với
bốn mức cản khác nhau (độ dốc và trạng thái của mặt đường đối với ôtô). Để xác đònh
chế độ làm việc của động cơ chỉ cần đặt đồ thò công suất cản lên đồ thò công suất có
ích của động cơ.
Giao điểm giữa các đường cong 1, 2, 3, 4 và I, II, III, IV đều là những điểm làm
việc ổn đònh của động cơ. Nếu thay đổi một trong hai yếu tố công suất có ích hoặc
công suất cản thì điểm làm việc ổn đònh sẽ thay đổi.
Tại số vòng quay n1, nếu công suất cản Nc giảm từ a xuống b thì cân bằng năng
lượng sẽ bò phá hủy. Công suất động cơ Ne sẽ lớn hơn công suất cản Nc một lượng ab,
phần năng lượng thừa này sẽ làm tăng số vòng quay của hệ thống cho đến khi đạt được
sự cân bằng năng lượng mới (điểm c), tốc độ quay của hệ thống lúc này là n2. Như vậy,
bất kỳ sự thay đổi nào về mặt công suất đều tạo ra cân bằng mới về công suất ở số

vòng quay mới.
2- Nhân tố ổn đònh:
Hình 5 giới thiệu hai trường hợp khác nhau về vò trí tương quan giữa đặc tính
moment động cơ Me = f(n) và moment cản Mc = f(n).

Hình 5a. Chế độ làm việc ổn đònh của động cơ

Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 6


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
Trường hợp 1 (Hình 5a)
Nếu tăng số vòng quay tới n’1 sẽ làm tăng moment cản Mc và giảm moment
động cơ Me. Vào lúc này moment Mc >Me, sự cân bằng năng lượng bò phá vỡ, số vòng
quay của động cơ sẽ giảm và trở về số vòng quay n1. Ngược lại, nếu số giảm số vòng
quay n về n’’1 lúc này Me > Mc nên moment thừa sẽ làm tăng số vòng quay đưa tốc độ
động cơ trở về n1.
Nếu chế độ cân bằng bò phá hủy, bản thân động cơ có thể phục hồi ở chế độ ban
đầu, ta nói chế độ làm việc này là ổn đònh.
Trường hợp 2: (Hình.5 b)

Hình 5b. Chế độ làm việc không ổn đònh của động cơ
Nếu số vòng quay n của động cơ khác với n2, do đường cong Me dốc hơn Mc
nên Me>Mc nếu n2 càng tăng lên n’2 hoặc Metốc độ động cơ tiếp tục tăng mãi hoặc giảm mãi đến khi động cơ chết máy (giống như
viên bi lăn trên đỉnh mặt cầu lồi). Muốn hồi phục chế độ làm việc ban đầu cần có tác
động từ bên ngoài. Chế độ làm việc như vậy là không ổn đònh và động cơ không có
khả năng tự điều chỉnh.

Để đánh giá tính ổn đònh của động cơ về mặt lượng người ta dùng nhân tố ổn
đònh Fđ. Trong trường hợp này, góc γ giữa hai đường đặc tính càng nhỏ thì tính ổn đònh
càng thấp và động cơ càng nhanh chóng rời khỏi chế độ làm việc ổn đònh.
Nếu lấy hai đoạn thẳng, tiếp tuyến tại điểm cắt của hai đường đặc tính moment
động cơ và moment cản, thay cho hai đường đặc tính đó trong phạm vi biến thiên rất
nhỏ của tốc độ góc ω thì ta có:
Fd =

Trong đó: ΔM ' = M c' − M e' = ΔM c' − ΔM e'

ΔM '
Δω '

Với Δω ' rất nhỏ so với ω có thể tính như sau
'

'

ΔM c =

'

∂M c
∂M e
'
Δω ' và ΔM e =
Δω '
∂ω
∂ω

Thay vào biểu thức Fđ ta được
Fd =

∂Mc ∂Me 30 ⎛ ∂Mc ∂Me ⎞
−
= ⎜
−
⎟
π ⎝ ∂n
∂ω
∂ω
∂n ⎠

p dụng Fđ vào hai trường hợp trên ta thấy:
Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 7


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
Trường hợp 1 có Fđ > 0. Vậy nếu Fđ > 0 chế độ làm việc của động cơ là ổn
đònh, động cơ có khả năng tự điều chỉnh.
Ở trường hợp 2 có Fđ < 0, chế độ làm việc của động cơ là không ổn đònh, động
cơ không có khả năng tự điều chỉnh. Bộ điều tốc có nhiệm vụ giảm giá trò ΔM e
bằng cách cắt bớt nhiên liệu.
III.2.1.3. Những điều kiện làm việc của động cơ cần sử dụng bộ điều tốc
Động cơ đốt trong cần phải sử dụng bộ điều tốc trong các trường hợp:
- Cần phải giữ không đổi số vòng quay của động cơ.
- Trong trường hợp do đặc tính động cơ mà số vòng quay của nó dễ dàng vượt quá
giới hạn cho phép gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức bền động cơ và ảnh hưởng xấu

đến quá trình làm việc.
- Bảo đảm số vòng quay ổn đònh nhỏ nhất ở chế độ không tải để tiêu hao nhiên
liệu giảm và hao mòn chi tiết ít hơn, nhất là bảo đảm động cơ không bò chết máy.
- Cung cấp thêm một lượng nhiên liệu cần thiết theo yêu cầu tăng tải của động
cơ.
Ta cần phân tích đường đặc tính tốc độ của động cơ Diesel nhằm thấy rõ hơn nhu
cầu phải lắp bộ điều tốc trên loại động cơ này.
Đặc tính tốc độ của động cơ thể hiện quan hệ giữa các thông số của động cơ như
công suất, moment, suất tiêu hao nhiên liệu với số vòng quay động cơ.
Đặc tính tốc độ biểu thò công suất cực đại của động cơ ứng với chế độ cung cấp
nhiên liệu cực đại gọi là đặc tính ngoài. Khi thay đổi vò trí cơ cấu điều khiển cung cấp
nhiên liệu ta được các mức công suất động cơ thấp hơn công suất cực đại, lúc này ta
xác đònh được các đường đặc tính bộ phận.
'

Hình 6. Đường đặc tính ngoài của động cơ Diesel
Qua kết quả phân tích so sánh ta rút ra những nhận xét sau.
• Về đặc điểm biến thiên moment
Sự biến thiên moment Me và Ne (công suất) phụ thuộc vào:
- Hệ số nạp η v : Thể hiện chất lượng nạp của xylanh.
- Tỷ số giữa hiệu suất chỉ thò và hệ số dư lượng không khí
lượng của chu trình công tác.
Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

ηi
: Thể hiện chất
α

Trang: 8

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
- Hiệu suất cơ giới η m : Thể hiện tổn thất năng lượng bên trong động cơ trong
quá trình truyền năng lượng từ xylanh động cơ đến máy công tác.
Hình dạng đường đặc tính Me và Ne phụ thuộc sự biến thiên của 3 yếu tố nói trên
theo số vòng quay trục khuỷu.
Đặc điểm biến thiên momen được thể hiện qua hệ số thích ứng K:
K=

Memax
Me N

Trong đó:
Memax : Moment có ích cực đại, đạt được ở một vò trí cố đònh nào đó của cơ cấu
điều khiển cung cấp nhiên liệu.
Me N : Moment có ích ở số vòng quay thiết kế.
Hệ số thích ứng K biểu hiện chất lượng động học ở động cơ. Đối với động cơ
Diesel không có bộ điều tốc, giá trò K khoảng 1,1. Nếu hệ số thích ứng K càng lớn, khi
tăng moment cản, tốc độ động cơ thay đổi càng ít càng nên động cơ càng dễ điều
khiển và tốc độ nhanh chóng ổn đònh.
Trong khi đó hệ số thích ứng K của động cơ Diesel hầu như không đổi và không
phụ thuộc vào vò trí thanh răng bơm cao áp.
• Về chế độ không tải
Ở động cơ Diesel không thể có chế độ không tải tại số vòng quay nhỏ hơn số
vòng quay thiết kế.
a. Động cơ làm việc ở chế độ không tải.
Chế độ không tải của động cơ có ý nghóa quan trọng trong quá trình sử dụng.
Động cơ thường làm việc ở chế độ không tải khi chạy ấm máy, khi sang số hay lúc ôtô
tạm dừng… Nếu chế độ không tải của động cơ không ổn đònh, động cơ sẽ chết máy
hoặc gây nhiều khó khăn cho người điều khiển.

Hình 7. Chế độ không tải của động cơ Diesel
Khi làm việc ở chế độ không tải, áp suất chỉ thò trung bình Pi bằng áp suất tổn
thất cơ giới trung bình Pm, lúc đó cần phải bảo đảm số vòng quay ổn đònh nhỏ nhất để
mức tiêu hao nhiên liệu và mài mòn các chi tiết động cơ là ít nhất. Vì vậy, vò trí của
thanh răng bơm cao áp phải ở mức cung cấp nhiên liệu ít nhất.
Ở động cơ Diesel, khi chạy ở chế độ không tải, nếu tăng số vòng quay thường
làm cho Pi tăng nhanh hơn Pm. Vì đặc điểm biến thiên Pi chủ yếu phụ thuộc vào đặc
Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 9


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
tính bơm cao áp nếu giữ không đổi vò trí cơ cấu điều khiển thì lượng nhiên liệu cung
cấp cho mỗi chu trình của hầu hết bơm cao áp điều tăng khi tăng số vòng quay.
Nếu vì một lý do nào đó số vòng quay của động cơ tăng lên cao hơn số vòng quay
không tải (n KT ), Pi sẽ lớn hơn Pm làm số vòng quay động cơ càng tăng nhanh. Nếu số
vòng quay động cơ nhỏ hơn số vòng quay không tải, Pi nhỏ hơn Pm và động cơ chết
máy. Chỉ cần áp suất tổn thất cơ giới trung bình Pm có chút ít biến động (như dao động
trạng thái nhiệt) cũng đủ làm tốc độ động cơ tăng nhanh hay động cơ bò chết máy. Như
vậy, ở chế độ không tải nhân tố ổn đònh của động cơ là âm và động cơ không có khả
năng tự điều chỉnh.
Muốn cho động cơ Diesel chạy ổn đònh ở chế độ không tải cần phải lắp bộ điều
tốc. Lúc đó nếu tăng hoặc giảm số vòng quay so với n KT thì bộ điều tốc sẽ giảm hay
tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ, tức là giảm hay tăng Pi giúp cho động cơ
làm việc ổn đònh.
a. Số vòng quay của động cơ vượt quá số vòng quay thiết kế

Hình 8. Đường đặc tính tốc độ của động cơ Diesel

1- Đặc tính ngoài; 2- đặc tính bộ phận; 7- giới hạn khói đen
Hình 2.8 cho thấy rằng động cơ diesel có thể tăng số vòng quay không giới hạn ở
mọi vò trí thanh răng bơm cao áp.
Động cơ diesel thường rất nhạy cảm với chế độ tốc độ. Nếu tốc độ động cơ vượt
quá số vòng quay thiết kế sẽ làm giảm nhanh chất lượng của quá trình công tác vì lúc
này hệ số dư lượng không khí α và chất lượng hình thành hỗn hợp đều giảm nhanh.
Lúc ấy một mặt, thời gian cháy bò rút ngắn mặt khác quá trình cháy bò xấu đi. Nhiên
liệu cháy không hết và quá trình cháy kéo dài trên đường ống xả làm động cơ rất
nóng, tốn nhiều nhiên liệu và sinh nhiều muội than.
Như vậy chế độ chạy vượt số vòng quay thiết kế là chế độ nguy hiểm cần tránh
đối với động cơ diesel. Chính vì vậy tất cả các loại động cơ diesel, trong mọi điều kiện
hoạt động điều cần đến bộ điều tốc nhằm hạn chế số vòng quay cực đại.
c. Động cơ làm việc ở chế độ tốc độ nhỏ hơn số vòng quay thiết kế
Dựa vào biểu thức tính moment:
η
Me = A 2 *η v * i *η m
α
Kết hợp với đặc tính ngoài (hình 2.6), ta thấy khi số vòng quay n tăng do ảnh
hưởng của sự giảm α theo số vòng quay do lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu
Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 10


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
trình luôn tăng khi tốc độ động cơ tăng. Điều này dẫn đến đặc tính Me = f(n) có dạng
gần như nằm ngang.
Muốn giữ cho hệ số dư lượng không khí α không đổi trong mọi chế độ tốc độ
động cơ hay làm cho α giảm khi giảm số vòng quay cần làm thay đổi đặc tính bơm cao
áp bằng cách dùng cơ cấu hiệu chỉnh gắn trên bộ điều tốc hay dùng van tiết lưu.

d. Động cơ làm việc trong điều kiện tónh tại.
Trong trường hợp này phải giữ cho động cơ chạy ở chế độ nhất đònh, chỉ cho phép
số vòng quay động cơ biến động trong một phạm vi rất hẹp. Trường hợp có nhiều động
cơ chạy song song cần phải điều chỉnh số vòng quay rất tỉ mỉ bảo đảm cho động cơ
luôn là hằng số khi phụ tải của động cơ thay đổi đột ngột từ không đến cực đại. Muốn
vậy cần phải sử dụng bộ điều tốc để điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ
tương ứng với phụ tải của chúng.
Ngoài những trường hợp riêng mà ta đã xét ở trên, khi sử dụng bộ điều tốc trên
động cơ diesel còn có những thuận lợi sau:
- Cải thiện điều kiện làm việc của con người.
- Nâng cao năng suất lao động nhờ độ nhạy cao.
- Bảo quản động cơ tốt hơn.
- Tiết kiệm nhiên liệu khi động cơ làm việc không tải.
III.2.1.4. Công dụng bộ điều tốc.
Bộ điều tốc trên động cơ diesel có nhiệm vụ như sau:
- Điều hòa tốc độ động cơ cho dù có tải hay không có tải (giữ vững tốc độ hay
trong một phạm vi cho phép). Có nghóa là lúc có tải hay không có tải phải tự thêm
hoặc bớt dầu để ổn đònh tốc độ động cơ khi cần ga đứng yên.
- Đáp ứng mọi tốc độ theo yêu cầu của động cơ.
- Phải giới hạn mức tải để tránh gây hư hỏng máy.
- Phải tự động cúp dầu khi số vòng quay vượt mức quá quy đònh.
III.2.1.6. Phân loại bộ điều tốc.
Hiện nay có nhiều loại điều tốc. Động cơ sử dụng loại nào tuỳ thuộc vào loại động
cơ, đặc điểm của máy công tác và yêu cầu của các thiết bò. Khi phân loại người ta căn
cứ vào các đặc điểm sau:
• Theo tính chất truyền tác dụng được chia làm hai loại:
- Bộ điều tốc tác dụng trực tiếp.
- Bộ điều tốc tác dụng gián tiếp.
• Theo vùng bao chế độ chia làm 3 loại:
- Loại một chế độ

- Loại hai chế độ.
- Loại nhiều chế độ.
• Theo công dụng có hai loại:
- Loại di chuyển, loại này đặt trên máy di chuyển.
- Loại tónh tại, loại này đặt trên các động cơ tónh tại, đảm bảo điều chỉnh tốc
độ với độ chính xác cao.
• Theo nguyên tắc tác dụng của phần tử cảm biến chia làm năm loại:
Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 11


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
- Loại cơ khí khí với phần tử cảm biến kiểu ly tâm.
- Loại áp thấp.
- Loại thuỷ lực.
- Loại cơ - thuỷ lực
- Loại điện.
III.2.2. Bơm cao áp VE trên động cơ D4BB
III.2.2.1 Tổng quan về bơm cao áp VE

Hình 9. Bơm cao áp VE trên động cơ D4BB
Bơm cao áp model D4BB là loại bơm phun, bơm có công dụng đẩy nhiên liệu
đến từng vòi phun với áp suất rất cao theo yêu cầu của động cơ.

Hình 10. Mạch nhiên liệu
Khi bật khoá điện ON, van điện từ cắt nhiên liệu được kéo vào trong, đường
thông giữa thân bơm và pít tông mở. Khi bơm cấp liệu quay, hút nhiên liệu từ bình
nhiên liệu, qua bộ lắng đọng nước và bộ lọc nhiên liệu, đi vào thân bơm theo áp suất
được điều chỉnh bởi van điều chỉnh. Pít tông hút nhiên liệu từ thân bơm vào buồng áp

Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 12


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
suất trong hành trình hút (dòch chuyển sang trái) và nén nhiên liệu với áp suất cao để
dẫn đến từng van phân phối trong hành trình nén (di chuyển sang phải). Sau khi qua
van phân phối, nhiên liệu được đưa vào các vòi phun qua các ống dẫn cao áp, từ đó
nhiên liệu được phun vào các xi lanh. Cùng lúc, các bộ phận bên trong bơm được
nhiên liệu làm mát và bôi trơn. Một phần nhiên liệu quay trở về bình nhiên liệu từ vít
tràn để kiểm soát mức độ tăng nhiệt độ của nhiên liệu trong bơm.
Bơm có các chức năng sau:
1. Hút

Hình 11. Hoạt động phân phối và phun nhiên liệu

Hình 12. Hoạt động của bơm ở giai đoạn hút
Khi pít tông di chuyển sang trái, một trong 4 rãnh hút trong píttông bơm sẽ
thẳng hàng với cửa hút trong đầu phân phối. Do vậy, nhiên liệu được hút vào buồng áp
suất và đi vào trong píttông.

Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 13


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
2. Cung cấp

Hình 13. Hoạt động của bơm ở giai đoạn cung cấp
Khi đóa cam và píttông quay, cửa hút của đầu phân phối đóng, cửa phân phối
của píttông sẽ thẳng hàng với đường phân phối. Khi đóa cam chạy trên con lăn, píttông
di chuyển sang phải và nén nhiên liệu. Khi áp suất nhiên liệu đạt giá trò ấn đònh trước,
nhiên liệu sẽ được phun ra qua vòi phun.
3. Kết thúc

Hình 14. Hoạt động của bơm ở giai đoạn kết thúc
Khi đóa cam quay tiếp và píttông dòch chuyển sang phải, 2 cửa tràn của píttông
bò đẩy ra ngoài vành tràn. Khi đó, nhiên liệu có áp suất cao sẽ quay trở lại thân bơm
qua các cửa tràn. Kết quả là áp suất nhiên liệu giảm đột ngột và kết thúc nạp nhiên
liệu.
4. Kiểm soát lượng phun
Bộ điều tốc điều khiển lượng phun và công suất động cơ. Bộ điều tốc có chức
năng kiểm soát tốc độ tối đa của động cơ để ngăn động cơ chạy quá tốc độ và giữ ổn
đònh tốc độ chạy không tải.
Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 14


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
4. Kiểm soát thời điểm phun

Hình 15. Cấu tạo và đặc tính bộ đònh thời
Bộ đònh thời điều khiển thời điểm phun theo tỷ lệ thuận với tốc độ động cơ.
• Hành trình hữu ích

Hình 16. Biểu đồ hành trình hữu ích
Hành trình hữu ích là khoảng cách píttông dòch chuyển từ khi bắt đầu nén nhiên

liệu tới khi kết thúc. Vì các hành trình bơm là không đổi, nên sự thay đổi vò trí đặt
vành tràn làm thay đổi hành trình hữu ích để tăng hoặc giảm lượng phun nhiên liệu.
Khi hành trình hữu ích kéo dài hơn thì hành trình nén sẽ lâu kết thúc hơn và lượng
nhiên liệu nạp tăng. Ngược lại, hành trình nén kết thúc sớm hơn và lượng nhiên liệu
nạp giảm khi hành trình hữu ích ngắn hơn.
• Chống quay ngược

Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 15


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

Hình 18. Cấu tạo bộ phận chống quay ngược
Động cơ Diesel có thể quay ngược nếu nhiên liệu được phun vào khi không khí
được hút vào từ phía xả và được nén lại thì động cơ sẽ quay ngược. Tuy nhiên, bơm
được thiết kế để cho động cơ không thể quay ngược. Nếu bơm quay ngược, nhiên liệu
sẽ được đưa trở lại thân bơm khi píttông bơm di chuyển sang phải và cửa hút mở.
Ngoài ra, nhiên liệu không được nén do píttông bơm di chuyển sang trái khi cửa
phân phối mở. Do đó, nhiên liệu không được phun và động cơ không thể quay ngược.
• Các vít điều chỉnh

Hình 18. Các vít điều chỉnh bơm cao áp
Bơm phun nhiên liệu có các vít điều chỉnh sau:
1. Vít điều chỉnh tốc độ tối đa:
Kiểm soát tốc độ tối đa của động cơ.
2. Vít điều chỉnh tốc độ không tải
Điều chỉnh tốc độ của động cơ khi chạy không tải.
3. Vít điều chỉnh toàn tải

Điều chỉnh lượng nhiên liệu nạp
Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 16


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
II.2.2.2 Thông số kỹ thuật bơm cao áp VE
Mục
Số xylanh
Chiều quay
Tốc độ quay tối đa
Đường kính pittông
Điều khiển thời điểm phun

Đặc điểm kỹ thuật
4
Theo chiều kim đồng hồ
3000 vòng/phút
10mm
Theo tốc độ: tối đa là 110
Theo tải: tối đa là 40
Kiểu bộ điều tốc
Bộ điều tốc mọi chế độ
Tốc độ cầm chừng
750 vòng/phút
Khối lượng
Xấp xỉ 5.5 kg
Hệ thống bôi trơn
Bằng nhiên liệu

Vò trí cần điều khiển
Phía trái bộ điều tốc
Vò trí cần điều khiển
Phía phải bộ điều tốc
p suất cực đại cho phép trong ống phân phối
Xấp xỉ 550 kg/cm2
Cơ cấu ngăn chặn động cơ bò quay ngược
Được trang bò
Thiết bò phụ
Cảm biến tốc độ bơm, thiết bò hỗ trợ khởi
động lạnh, thiết bò bù không tải nhanh
III.2.2.3 Nguyên lý hoạt đông bộ điều tốc cơ khí của bơm cao áp VE
Cần thiết phải kiểm soát lượng phun nhiên liệu phù hợp với vò trí bàn đạp ga và
tải trọng của động cơ, bởi vì công suất động cơ diesel do lượng nhiên liệu nạp điều
khiển. Do vò trí vành tràn quyết đònh lượng phun nhiên liệu nên bộ điều tốc phải điều
chỉnh vò trí vành tràn để động cơ có thể chạy ổn đònh.
1. Điều khiển theo mức nhấn bàn đạp ga
n xuống: Lượng nhiên liệu nạp tăng (tốc độ động cơ tăng)
Nhả ra: Lượng nhiên liệu nạp giảm (tốc độ động cơ giảm)
2. Kiểm soát khi vò trí bàn đạp ga không đổi nhưng trọng tải của động cơ thay đổi.
Trọng tải tăng: Lượng nhiên liệu nạp tăng.
Trọng tải giảm: Lượng nhiên liệu nạp giảm.
Bộ điều tốc còn đóng các vai trò: Ngăn động cơ không chạy quá tốc bằng việc kiểm
soát tốc độ tối đa của động cơ và giữ cho động cơ chạy ổn đònh ở tốc độ thấp.
• Cấu tạo và chức năng của bộ điều tốc mọi tốc đo

Hình 19. Cấu tạo bộ điều tốc cơ khí
Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 17

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
Bộ điều tốc kiểu cơ khí kiểu VE có các quả văng quay cùng với trục dẫn động
của bơm phun nhiên liệu; chúng bung rộng ra nhờ lực li tâm tuỳ theo sự tăng tốc độ
quay của trục. Chuyển động này được truyền đến vành tràn (thông qua ống nối và cần
điều khiển của bộ điều tốc) để điều chỉnh lượng phun nhiên liệu trong toàn bộ dải tốc
độ của động cơ. Bộ điều tốc dòch chuyển vành tràn làm thay đổi hành trình hữu ích và
điều chỉnh lượng phun.
• Các chế độ hoạt động
1. Khởi động

Hình 20. Hoạt động khi khởi động
Khi nhấn bàn đạp ga xuống và cần điều chỉnh được gạt theo hướng toàn tải tại
thời điểm khởi động lò xo điều khiển kéo cần căng cho đến khi tiếp xúc với chấu vặn.
Do tốc độ bơm tại thời điểm khởi động còn thấp và lực li tâm của quả văng rất nhỏ
thậm chí lò xo khởi động (lò xo đóa) với sức căng nhỏ cũng có thể đẩy cần điều khiển tì
vào ống trượt làm quả văng cụp lại hoàn toàn. Lúc này cần điều khiển quay ngược
chiều kim đồng hồ quanh điểm tựa A và dòch chuyển vành tràn tới vò trí khởi động
(lượng phun tối đa) để cung cấp nhiên liệu cần thiết khi khởi động.
2. Chạy không tải

Hình 21. Hoạt động khi chạy không tải
Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 18


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
Sau khi khởi động động cơ và nhả bàn đạp ga, cần điều khiển quay về vò trí không

tải. Do sức căng của lò xo tại thời điểm này là 0, quả văng có thể bung ra ngoài kể cả
khi tốc độ chậm, ống trượt bộ điều tốc nén lò xo không tải lại. Lúc này cần điều khiển
quay cùng chiều kim đồng hồ quanh điểm tựa A và dòch chuyển vành tràn tới vò trí
không tải. Bằng cách đó có thể đạt được tốc độ ổn đònh khi lực ly tâm của các quả
văng và sức căng của lò xo không tải cân bằng.
3. Đầy tải

Hình 22. Hoạt động khi đầy tải
Khi bàn đạp ga được ấn xuống hoàn toàn, cần dòch chuyển theo vò trí toàn tải và
cần căng sẽ tiếp xúc với chấu vặn giống như khi khởi động. Trong trường hợp này lò
xo điều khiển có sức căng cao và lò xo giảm chấn bò ép lại hoàn toàn và không hoạt
động. Khác với khi khởi động, lúc này lực ly tâm của quả văng có tác động mạnh, ống
trượt của bộ điều tốc đẩy cần điều khiển sang phải. Sau đó cần điều khiển quay theo
chiều kim đồng hồ đến điểm tựa A cho đến khi điểm tựa B tiếp xúc với cần căng, từ đó
dòch chuyển vành tràn tới vò trí toàn tải. Kết quả lượng nhiên liệu sẽ giảm so với khi
khởi động.
4. Tốc độ tối đa

Hình 23. Hoạt động khi tốc độ tối đa
Khi tốc độ động cơ cao hơn mức quy đònh, lực ly tâm của quả văng trở nên lớn
hơn làm cho lực ép của ống trượt bộ điều tốc cao hơn sức cản trong lò xo điều khiển.
Khi đó, cần điều khiển và cần căng cùng dòch chuyển quay theo chiều kim đồng hồ
quanh điểm tựa A để dòch chuyển vành tràn theo hướng giảm nhiên liệu. Nhờ khống
chế được tốc độ tối đa nên động cơ không bò chạy quá tốc cho phép.

Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 19

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
5. Tải cục bộ

Hình 24. Hoạt động khi tải cục bộ
Khi cần điều chỉnh ở vò trí trung gian giữa đầy tải và không tải, lò xo điều khiển
có lực căng yếu cho phép vành tràn dòch chuyển theo hướng giảm nhiên liệu phun ở
tốc độ thấp hơn trong khi kiểm soát tốc độ tối đa. Kết quả là tốc độ động cơ được kiểm
soát phù hợp với mức độ nhấn bàn đạp ga.
Đặc điểm phun nhiên liệu trong trường hợp này cũng giống như trường hợp đầy
tải, khi tốc độ động cơ còn thấp (trước khi vành tràn dòch chuyển để giảm lượng phun).
Khi tốc độ tăng, lượng phun sẽ giảm để kiểm soát tốc độ.
III.2.3 Hiện trạng sử dụng bộ điều tốc điện tử trên động cơ Diesel
Trước đây, để điều chỉnh tốc độ cho động cơ Diesel người ta thường điều khiển
thanh răng bơm cao áp thông qua cơ cấu chấp hành là một motor bước hay motor servo
điều khiển trực tiếp thanh răng bơm cao áp một cách tối ưu theo tải và tốc độ động cơ
dựa vào chương trình nạp sẵn từ mạch điều khiển. Kiểu điều tốc điện tử này hiện còn
được sử dụng trên các loại xe công trình như xe cuốc, xe ủi, xe cẩu…hay các máy phát
điện kiểu cũ dùng nhiên liệu Diesel.
Hiện nay, theo đà phát triển của khoa học kỹ thuật, các hãng đã đưa ra rất nhiều
phương thức nhằm điều khiển tốc độ động cơ Diesel một cách tối ưu, một trong số đó
là sử dụng bộ điều tốc điện thông qua việc điều khiển lượng phun nhiên liệu ngay trên
cơ cấu phun nhiên liệu như hệ thống UI (Unit Injector), hệ thống UP (Unit Pump), hệ
thống VE- EDC (Electronic Diesel Control), hệ thống CR (Common Rail) hay CDI
(Common Rail Direct Injection).
Với hệ thống UI (Unit Injector) có kim liên hợp được gá lắp trực tiếp vào nắp
máy của động cơ, vòi phun được thiết kế chung một khối với kim liên hợp, đầu vòi
phun có một phần ló vào trong buồng đốt và kim liên hợp này được dẫn động bằng trục
cam thông qua cần cò mổ. Bơm cao áp và vòi phun là một khối thống nhất, mỗi khối
được đặt trên đầu xylanh động cơ và được dẫn động trực tiếp bởi một bộ phận truyền
động hoặc gián tiếp nhờ trục cam. Áp suất phun cao được điều khiển bằng điện tử

trong suốt quá trình phun.
Hệ thống bơm liên hợp (UP) được gá lắp trực tiếp vào thân máy động cơ và được
dẫn động bởi trục cam, chuyển động quay của trục cam sẽ làm cho piston di chuyển
lên, xuống trong xilanh bơm, nhiên liệu bò nén, đồng thời được đưa đến kim phun bằng
Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 20


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
một đường ống cao áp rất ngắn. Nguyên lý làm việc của hệ thống tương tự như hệ
thống UI, điểm khác nhau với hệ thống UI là trong hệ thống UP bơm và kim được làm
thành hai khối khác nhau và được nối với nhau bằng một đường ống cao áp. Nó được
thiết kế giống như hệ thống PF, tức mỗi bơm riêng lẻ sẽ cung cấp dầu cho một kim
phun. Suốt quá trình phun nhiên liệu được điều khiển bằng điện tử. Trong hệ thống
này mỗi bơm UP có thể sẽ được điều khiển khác nhau tùy vào điều kiện làm việc của
từng xylanh riêng lẻ.
Hệ thống VE- EDC vẫn sử dụng bơm cao áp VE kiểu cũ nhưng được lắp thêm
một số cảm biến như vò trí bàn đạp ga, lưu lượng khí nạp, tốc độ động cơ, nhiệt độ
nước làm mát, áp suất khí quyển, vò trí van điều khiển lượng nhiên liệu…bộ điều khiển
(Electronic Control Unit) và cơ cấu chấp hành (bơm cao áp, hệ thống xông máy, bộ
dẫn đóng van EGR. Bơm VE – EDC có các chức năng và hoạt động tương tự như bơm
VE nhưng nó chỉ khác là thời điểm phun dựa vào hai tín hiệu của van điều khiển lượng
phun SPV (Spill Control Valve) và Bộ phun sớm tự động TCV (Timing Control
Valve). Người ta thường dùng bơm VE - EDC vì bơm có kết cấu gọn nhẹ, làm việc với
độ chính xác cao. Tại thò trường Việt Nam, hệ thống VE - EDC được lắp trên xe Isuzu
Hilander 2005, Toyota Prado…
Trong những năm gần đây, hệ thống điều khiển mới – hệ thống common rail với
việc điều khiển kim phun bằng điện đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi. Điều
quan trọng nhất của những sự phát triển này không chỉ là việc tăng công suất mà còn

là nhu cầu giảm tiêu thụ nhiên liệu, giảm tiếng ồn và khí thải hệ thống common rail
khá linh hoạt trong việc đáp ứng thích nghi để điều khiển phun nhiên liệu cho động cơ
diesel, như: phạm vi ứng dụng rộng rãi từ xe du lòch và xe tải nhỏ cho đến các xe tải
nặng, xe lửa và tàu thuỷ có công suất rất lớn, áp suất phun đạt đến khoảng 1400 bar,
có thể thay đổi thời điểm phun nhiên liệu, có thể phun làm 3 giai đoạn: phun sơ khởi,
phun chính, phun kết thúc. Áp suất phun thay đổi tùy theo chế độ hoạt động của động
cơ, việc tạo ra áp suất và việc phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau trong hệ
thống Common Rail. Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ động cơ và lượng
nhiên liệu phun ra. Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong bộ tích áp áp suất cao và
sẵn sàng để phun. Lượng nhiên liệu phun ra được quyết đònh bởi tài xế, và thời điểm
phun cũng như áp lực phun được tính toán bằng ECU dựa trên các biểu đồ đã lưu trong
bộ nhớ của nó. Sau đó, ECU sẽ điều khiển các kim phun tại mỗi xylanh động cơ để
phun nhiên liệu. Tại thò trường Việt Nam, hệ thống này được trang bò trên xe Toyota
Hiace 2005, Mercedes Sprinter, Isuzu Dmax 2007 ...
III.3 Tổng quan về điều khiển lập trình
III.3.1. Giới thiệu vi điều khiển PIC16F877A.
PIC là tên viết tắt của Programmable Intelligent Computer có nghóa là “máy tính
thông minh khả trình” do hãng General Instrument sản xuất.
PIC16F877A là dòng PIC phổ biến nhất, cấu trúc tổng quát gồm:
- 8 K Flash Rom
- 368 Bytes Ram
Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 21


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
-

2546 Bytes EEPROM

5 Port (A,B,C,D,E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập.
2 bộ đònh thời Timer 0 và Timer 2 8bit
1 bộ đònh thời Timer 116 bit có thể hoạt động trong cả chế độ tiết kiệm năng
lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung clock ngoài.
- 2 bộ Capture/ Compare/ PWM (Bắt giữ/ So sánh/ Điều biến xung).
- 1 bộ biến đổi Analog ->Digital 10bit, 8 ngõ vào.
- 2 bộ so sánh tương tự (Compartor).
- 1 bộ đònh thời giám sát (Watch Dog Timer).
- 1 cổng song song 8 bit với các tín hiệu điều khiển.
- 1 cổng nối tiếp.
- 15 nguồn ngắt (Interrupt).
- Chế độ tiết kiệm năng lượng (Sleep Mode).
- Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP (In-Circuit Serial Programming).
- 35 tập lệnh có độ dài 14 bit.
- Tần số hoạt động tối đa 20 MHz.
Vi điều khiển PIC16F877A có 40 chân, mỗi chân có một chức năng khác nhau.
Trong đó có một số chân đa công dụng (đa hợp): Mỗi chân có thể hoạt động như một
đường xuất nhập (I/O) hoặc là một chân chức năng đặc biệt dùng để giao tiếp với các
thiết bò ngoại vi.

Hình 25. Sơ đồ chân của vi điều khiển 16F877A
PIC 16F877A vận hành với nguồn đơn 5V, VDD (chân nguồn dương) được nối
vào chân số 11 và 32. Chân VSS (chân mass) được nối vào chân số 12 và 31. Nó có tất
cả là 3 khối bộ nhớ riêng biệt bao gồm: Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình và bộ
nhớ EEPROM.

Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 22

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
Bộ nhớ dữ liệu bao gồm 4 Bank: Bank0, Bank1, Bank2 và Bank 3. Mỗi Bank có
dung lượng là 128 Byte, bao gồm vùng RAM đa mục đích và vùng các thanh ghi chức
năng đặc biệt SFR (Special Function Registers).
Bộ nhớ chương trình (Program Counter) dài 13 bit có thể đònh đòa chỉ cho 8K
không gian bộ nhớ, 8 ký không gian bộ nhớ được chia làm 8 trang bộ nhớ. Mọi sự truy
nhập ngoài vùng không gian này sẽ không có tác dụng.
III.3.2 Các linh kiện khác
Ngoài VĐK chính trên đây, trên sơ đồ còn có một số linh kiện khác dùng để giao tiếp
ngõ vào và ngõ ra bao gồm:
- IC 7805 biến điện thế nguồn 12V của accu thành 5V cung cấp cho mạch.
- Thạch anh 20MHz tạo mạch dao động ngõ vào cho vi điều khiển
- Các Transistor TIP122 dùng để giao tiếp ngõ vào và ra, các Transistor này
luôn làm việc ở chế độ bão hòa.
- Các điot zener dùng để ổn đònh nguồn và dập sức điện động tự cảm.
- Các điện trở dùng để tạo cầu phân thế, giảm dòng và tạo mạch dao động.
- Các tụ điện dùng để ổn đònh nguồn, tạo mạch dao động và ổn đònh tín hiệu
vào. - Các diode phát quang nhận biết nguồn, xuất mã lỗi và hoạt động của bộ chấp
hành
III.4 Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử
III.4.1 Thực nghiệm thu thập số liệu điều khiển bộ điều tốc cơ khí
Để mạch điều khiển đảm nhận tốt vai trò điều tốc điện tử, vi điều khiển cần nhận
biết các thông số đầu vào như tốc độ động cơ, vò trí bàn đạp ga, nhiệt độ động cơ, nhiệt
độ không khí nạp, điện áp accu, công tắc A/C…. Ngoài các thông số nêu trên, người
nghiên cứu cần thu thập các thông số đầu điều khiển của bộ điều tốc cơ khí làm nền
tảng cho việc điều khiển lập trình.
Việc thu thập các thông số đầu điều khiển của bộ điều tốc cơ khí được thực hiện
như sau: người nghiên cứu đã kết hợp thiết bò đo góc đặc biệt để đo góc mở bàn đạp
ga, thiết bò chuyên dùng để đo tốc độ động cơ Diesel D4BB và máy đo xung tín hiệu

Snap-on. Sau khi xử lý số liệu, có được kết quả như sau:
Độ mở bàn đạp ga
(%)
0
2
4
6
8
10
12
14

Tốc độ động cơ
(vòng/phút)
800
864
928
992
1056
1120
1184
1248

Thời gian giữa 2 xung
tốc độ bơm (μs)
4054
3753
3495
3270
3071

2895
2740
2599

Thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử động cơ Diesel D4BB

Trang: 23