thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống conmon rail kết hợp các bài giảng thực hành
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.18 MB, 141 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM XUÂN ĐẠT
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BĂNG THỬ HỆ THỐNG
CONMON RAIL KẾT HỢP CÁC BÀI GIẢNG THỰC HÀNH
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 605246
S K C0 0 4 4 6 5
Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM XUÂN ĐẠT
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BĂNG THỬ HỆ THỐNG
CONMON RAIL KẾT HỢP CÁC BÀI GIẢNG THỰC HÀNH
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246
Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM XUÂN ĐẠT
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BĂNG THỬ HỆ THỐNG
CONMON RAIL KẾT HỢP CÁC BÀI GIẢNG THỰC HÀNH
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246
Hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN THANH THƯỞNG
Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC
Họ & tên: Phạm Xuân Đạt
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 08/11/1987
Nơi sinh: Bến Tre
Quê quán: Mỹ Thạnh An – Bến Tre
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Khoa Cơ Khí trường Cao Đẳng Nghề Đồng Khởi.
Điện thoại cơ quan: 0753.822194
Điện thoại nhà riêng: (DĐ: 0983006322)
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
1. Trung cấp
Hệ đào tạo:
Thời gian đào tạo từ …/… đến …/…
Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo từ 10/2005 đến 01/ 2010
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học SPKT Tp. Hồ Chí Minh
Ngành học: Cơ khí động lực
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN
NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN TỬ.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 01/2010, tại trường
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Thình.
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
i
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC
Thời gian
Nơi công tác
Công việc đảm nhiệm
2010-2012
Trường CĐ SPKT Vĩnh Long
Giáo viên
2012-nay
Trường CĐN Đồng Khởi
Giáo viên
IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
………………………………………………………………………………………..…
……………………………………………………………………………………..……
…………………………………………………………………………………..………
………………………………………………………………………………..…………
…………………………………………………………………………….
Bến Tre, ngày
XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN
(Ký tên, đóng dấu)
tháng
năm 2014
Người khai
PHẠM XUÂN ĐẠT
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
ii
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2014
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
PHẠM XUÂN ĐẠT
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
iii
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
LỜI CẢM ƠN
Xin cảm ơn quý Thầy, Cô trong Ban Giám Hiệu, Phòng Đào Tạo, Khoa Cơ Khí Động
Lực, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi
cho tôi theo học và hoàn thành lớp Cao học chuyên ngành Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực.
Xin cảm ơn quý Thầy, Cô giảng dạy lớp Cao học Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực Khóa
2012B đã tận tình trong giảng dạy và cung cấp những kiến thức nền tảng giúp tôi hoàn
thành luận văn.
Xin cảm ơn Thầy hướng dẫn TS. Trần Thanh Thưởng đã hết sức nhiệt tình hướng dẫn
tôi suốt quá trình thực hiện tập luận văn này.
Xin cảm ơn Quý Thầy phản biện đã bỏ thời gian và công sức để đọc và đóng góp các
ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thiện nội dung của luận văn.
Xin cảm ơn các đồng nghiệp và các bạn học đã giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện
luận văn.
PHẠM XUÂN ĐẠT
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
iv
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
TÓM TẮT
Hiện nay trên thị trường đã xuất hiện nhiều loại băng thử hệ thống Common Rail
để phục vụ việc bảo dưỡng, chẩn đoán, sửa chữa và đào tạo. Đối với các thiết bị sản xuất
ở nước ngoài giá cả rất đắt; các băng thử trong nước chế tạo đã đáp ứng được một số nhu
cầu của việc thử vòi phun hệ thống Common Rail, giá thành tương đối rẻ. Tuy nhiên,
các băng thử này còn tồn tại một số hạn chế:
Chưa kiểm tra được hình dạng tia phun.
Cơ cấu, vận hành khá phức tạp, gây khó khăn trong việc đào tạo nghề.
Xuất phát từ thực tế trên, tôi chọn tên đề tài: “Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống
Common Rail, kết hợp các bài giảng thực hành”.
Các cụm chi tiết của băng thử gồm: hệ thống nhiên liệu áp suất thấp; hệ thống nhiên
liệu áp suất cao; hệ thống dẫn động bơm cao áp; hệ thống đo lưu lượng nhiên liệu; hệ
thống điện – điện tử điều khiển băng thử.
Băng thử có một số chức năng: kiểm tra vòi phun ở các chế độ áp suất khác nhau,
quan sát hình dạng tia phun của vòi phun Common Rail, cơ cấu vận hành đơn giản dễ sử
dụng.
Thiết kế, chế tạo thành công và thực nghiệm băng thử, người nghiên cứu thu được
các kết quả sau:
Băng thử chế tạo cho ra dãy số liệu gần chính xác với số liệu của băng thử thương
mại. Sai số giữa hai băng thử là thấp hơn ±5%, đây là mức sai số chấp nhận được.
Các chế độ kiểm tra của băng thử đã đáp ứng được các chế độ đang được áp dụng
trên các băng thử thương mại đang được sử dụng.
Khi ứng dụng băng thử chế tạo vào công tác giảng dạy đã giúp cho sinh viên có
thể thực hành kiểm tra vòi phun Common Rail. Từ đó giúp việc hình thành kỹ năng của
các em được hoàn thiện hơn.
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
v
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
ABSTRACT
At present, there are many kinds of Common Rail tester for several purposes
including maintenance, diagnosis, repair and training. While the price of some
equipments produced by foreign countries are quite high, domestic testers has been
developed to meet some requirements of testing Common Rail injector with reasonable
price. However, there are still some drawbacks:
Unable to check jet shape;
Structure and operation were complex and difficult for training purposes.
With several issues mentioned above, I choose a thesis: “Design, fabrication
Common Rail system tester, which combines practical lectures”.
The design of tester includes: low-pressure system; high-pressure system;
transmisson system; fuel flow measurement system; electric - electronic system.
The tester had some functions such as: checking the jet with different pressure
mode, observing the jet shape of Common Rail tester, simple and easy operation method.
Design, fabrication and practical testing, researcher obtained these results:
Manufactured tester gave a series of data which is almost the same as data of
commercial tester. Error’s ±5%, it’s trivial.
Checking modes of the tester had met all the modes of the commercial one in use
at present.
Application of the tester to training courses help students be able to check or
examine the Common Rail injector. This would improve students’ skills.
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
vi
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
MỤC LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
LÝ LỊCH KHOA HỌC .....................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................iv
TÓM TẮT ........................................................................................................................ v
MỤC LỤC ......................................................................................................................vii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................xi
DANH SÁCH CÁC HÌNH ............................................................................................xii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ..........................................................................................xvi
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................... 3
1.1
Tổng quan ........................................................................................................... 3
1.2
Lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu diesel trên động cơ đốt trong ................. 4
1.2.1
Hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển bằng cơ khí ...................................... 4
1.2.2
Hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển bằng điện tử..................................... 4
1.3
Các công trình khoa học theo hướng nghiên cứu ............................................... 7
1.3.1
Các nghiên cứu ngoài nước ......................................................................... 7
1.3.2
Các nghiên cứu trong nước .......................................................................... 9
1.4
Lý do chọn đề tài .............................................................................................. 10
1.5
Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................... 10
1.6
Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 10
1.7
Giới hạn đề tài .................................................................................................. 11
1.8
Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 11
1.9
Kết quả đạt được của đề tài .............................................................................. 11
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 12
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
vii
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
2.1
Hệ thống nhiên liệu Common Rail ................................................................... 12
2.1.1
Lịch sử phát triển hệ thống phun dầu điện tử Common Rail................... 12
2.1.2
Nguyên lý làm việc của hệ thống Common Rail ....................................... 12
2.1.3
Sơ đồ khối điều khiển hệ thống nhiên liệu Common Rail ......................... 14
2.1.4
Đường nhiên liệu thấp áp ........................................................................... 15
2.1.5
Cụm bơm cao áp ........................................................................................ 16
2.1.6
Cụm ống phân phối .................................................................................... 19
2.1.7
Điều khiển vòi phun ................................................................................... 20
2.2
Phương pháp đánh giá tình trạng vòi phun dựa vào lưu lượng dầu ................. 26
2.2.1
Phương pháp đo lượng dầu hồi. ................................................................. 27
2.2.2
So sánh lượng dầu hồi ở các bình .............................................................. 29
2.3
Mô tơ điện và biến tần ...................................................................................... 30
2.3.1
Mô tơ điện không đồng bộ ......................................................................... 30
2.3.2
Biến tần ...................................................................................................... 32
2.4
Giới thiệu phần mềm LabVIEW ...................................................................... 34
2.5
Một số vấn đề lý luận về thiết bị dạy học (TBDH) .......................................... 35
2.5.1
Thiết bị dạy học ......................................................................................... 35
2.5.2 Vị trí, vai trò của thiết bị dạy học trong đổi mới phương pháp dạy học
(PPDH) ................................................................................................................... 35
2.5.3
Các giá trị giáo dục của thiết bị dạy và học ............................................... 37
2.5.4
Yêu cầu đối với thiết bị dạy và học ........................................................... 37
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO BĂNG THỬ HỆ THỐNG COMMON RAIL .... 38
3.1
Cấu tạo chung và sơ đồ nguyên lý của băng thử .............................................. 39
3.1.1
Cấu tạo của băng thử ................................................................................. 39
3.1.2
Sơ đồ nguyên lý của băng thử.................................................................... 40
3.2
Thiết kế hệ thống nhiên liệu áp suất thấp ......................................................... 41
3.3
Thiết kế hệ thống dẫn động bơm cao áp ........................................................... 42
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
viii
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
3.3.1
Cơ cấu truyền động .................................................................................... 42
3.3.2
Nguồn động lực dẫn động bơm ................................................................. 42
3.4
Thiết kế giá đỡ vòi phun và bầu thủy tinh quan sát.......................................... 44
3.5
Thiết kế nguyên lý xác định lượng nhiên liệu phun và lượng nhiên liệu hồi... 45
3.5.1
Cân bình nhiên liệu .................................................................................... 45
3.5.2
Dùng ống đong........................................................................................... 46
3.6
Thiết kế hệ thống điện – điện tử điều khiển băng thử ...................................... 47
3.6.1
Bộ điều khiển trung tâm............................................................................. 49
3.6.2
Module đo .................................................................................................. 49
3.6.3
Module điều khiển áp suất nhiên liệu trong thanh tích áp ......................... 52
3.6.4
Module điều khiển vòi phun ...................................................................... 53
3.6.5
Mạch giao tiếp ........................................................................................... 53
3.7
Thiết kế các bài giảng ứng dụng băng thử hệ thống Common Rail ................. 56
CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦA BĂNG THỬ HỆ
THỐNG COMMON RAIL ............................................................................................ 63
4.1
Quy trình sử dụng băng thử .............................................................................. 63
4.1.1
Kiểm tra trước khi vận hành ...................................................................... 63
4.1.2
Lắp đặt vòi phun vào băng thử .................................................................. 63
4.1.3
Kết nối máy tính vào băng thử................................................................... 64
4.1.4
Vận hành băng thử ..................................................................................... 64
4.2
Thực nghiệm kiểm tra vòi phun ....................................................................... 64
4.2.1
Thực nghiệm đối với vòi phun DENSO 5511/4152 06H05298 ................ 64
4.2.2
Thực nghiệm đối với vòi phun DENSO 5511/4152 11L02114 ................ 66
4.3
Thực nghiệm khả năng ứng dụng của băng thử vào công tác giảng dạy ......... 68
4.4
Đánh giá kết quả băng thử ................................................................................ 70
4.4.1
Mức độ đáp ứng của băng thử khi tiến hành kiểm tra vòi phun ................ 70
4.4.2
Khả năng ứng dụng vào công tác giảng dạy .............................................. 70
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
ix
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ........................................................... 71
Kết luận............................................................................................................. 71
Hướng phát triển của đề tài .............................................................................. 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 73
TRANG PHỤ LỤC ........................................................................................................ 75
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
x
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
D-4D: Direct Injection-4 stroke Diesel Engine
CDI: Common rail Direct Injection
HDI: High pressure Direct Injection
UI: Unit injector fuel injection system
UP: Unit pump fuel injection system
VE: bơm cao áp phân phối
EDC: electronic diesel control
CB: cảm biến
SPV: van điều khiển lưu lượng phun
TCV: van điều khiển thời gian phun
EGR: van luân hồi khí xả
ECU: hộp điều khiển động cơ
EDU: bộ dẫn động bằng điện tử
IGBT: transistor lưỡng cực có cổng cách ly
PWM: phương pháp điều chế độ rộng xung
PID: bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ
SCADA: hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu
TBDH: thiết bị dạy học
PPDH: phương pháp dạy học
HS: học sinh
YCKT: yêu cầu kỹ thuật.
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
xi
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
TRANG
Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel điều khiển cơ khí ........................... 4
Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống UI ........................................................................................... 5
Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống UP ........................................................................................... 5
Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống VE- EDC ................................................................................. 6
Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống Common Rail........................................................................... 7
Hình 1.6 Thiết bị TEC100 ............................................................................................... 7
Hình 1.7 Thiết bị Minitec ................................................................................................ 8
Hình 1.8 Thiết bị DNT 200 .............................................................................................. 8
Hình 1.9 Thiết bị làm sạch vòi phun ............................................................................... 8
Hình 1.10 Băng thử hệ thống phun dầu điện tử Common Rail ....................................... 9
Hình 1.11 Common Rail Tester ....................................................................................... 9
Hình 2.1 Một số điều khiển trong hệ thống Common Rail ........................................... 13
Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ Common Rail ................................. 14
Hình 2.3 Bình chứa nhiên liệu ...................................................................................... 15
Hình 2.4 Lọc nhiên liệu ................................................................................................. 15
Hình 2.5 Cấu tạo bơm áp cao loại 2 pít tông............................................................... 16
Hình 2.6 Nguyên lý tạo áp suất trong bơm áp cao 2 pít tông ....................................... 17
Hình 2.7 Bơm cấp liệu kiểu rô to .................................................................................. 17
Hình 2.8 Van điều áp .................................................................................................... 18
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
xii
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
Hình 2.9 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu ......................................................................... 18
Hình 2.10 Cấu tạo và đặc tính của cảm biến nhiệt độ .................................................. 19
Hình 2.11 Ống phân phối ............................................................................................. 19
Hình 2.12 Hoạt động của bộ hạn chế áp suất ............................................................... 19
Hình 2.13 Cảm biến áp suất nhiên liệu ......................................................................... 20
Hình 2.14 Cấu tạo vòi phun .......................................................................................... 21
Hình 2.15 ECU tính toán lượng phun cơ bản .............................................................. 22
Hình 2.16 ECU tính toán lượng phun tối đa ................................................................ 22
Hình 2.17 ECU điều chỉnh áp suất và nhiệt độ khí nạp............................................... 23
Hình 2.18 ECU hiệu chỉnh nhiệt độ nhiên liệu ............................................................ 24
Hình 2.19 Điều chỉnh lượng phun ................................................................................. 24
Hình 2.20 ECU điều khiển phun ngắt quãng ............................................................... 25
Hình 2.21 ECU điều khiển phun trước ....................................................................... 25
Hình 2.22 ECU điều khiển tốc độ không tải ............................................................... 26
Hình 2.23 Sơ đồ kiểm tra (phương pháp đo lưu lượng dầu hồi) ................................. 27
Hình 2.24 Đo lượng dầu hồi ........................................................................................ 28
Hình 2.25 Sơ đồ kiểm tra vòi phun (so sánh lượng dầu hồi ở các vòi) ....................... 29
Hình 2.26 Bình chứa nhiên liệu ................................................................................... 29
Hình 2.27 Động cơ điện không đồng bộ 3 pha ............................................................. 30
Hình 2.28 Stator động cơ điện ...................................................................................... 30
Hình 2.29 Rotor động cơ điện ..................................................................................... 31
Hình 2.30 Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ............................... 32
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
xiii
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
Hình 2.31 Sơ đồ nguyên lý làm việc của biến tần ........................................................ 33
Hình 2.32 Khả năng giao tiếp của phần mềm LabVIEW ............................................. 35
Hình 2.33 Sơ đồ tương quan quan hệ giữa các yếu tố trong dạy học ......................... 36
Hình 3.1 Cấu tạo của băng thử ..................................................................................... 39
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý băng thử .............................................................................. 40
Hình 3.3 Thùng dầu, lọc dầu, bơm tiếp vận và các đường ống dầu hồi được bố trí trên
băng thử......................................................................................................................... 41
Hình 3.4 Khớp truyền động .......................................................................................... 42
Hình 3.5 Mô tơ điện 3 pha sử dụng trên băng thử ....................................................... 43
Hình 3.6 Biến tần CT-2000PLUS.................................................................................. 43
Hình 3.7 Sơ đồ dây biến tấn – mô tơ điện và nguồn điện ............................................ 44
Hình 3.8 Giá đỡ vòi phun và bầu quan sát ................................................................... 45
Hình 3.9 Hình vẽ minh họa phương pháp cân bình nhiên liệu ..................................... 46
Hình 3.10 Giá đỡ và ống đong dầu ............................................................................... 47
Hình 3.11 Hệ thống đường ống thu hồi lưu lượng dầu phun và dầu hồi...................... 47
Hình 3.12 Sơ đố khối nguyên lý hệ thống điện – điện tử điều khiển băng thử ............ 48
Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý tổng quát ............................................................................ 48
Hình 3.14 Khối chíp PsoC ............................................................................................ 49
Hình 3.15 Ngõ vào tín hiệu .......................................................................................... 50
Hình 3.16 Vị trí lắp đặt cảm biến áp suất trên ống tích áp ......................................... 50
Hình 3.17 Đồ thị đặc tuyến của cảm biến áp suất nhiên liệu ...................................... 51
Hình 3.18 Sơ đồ điện điều khiển van điều áp .............................................................. 52
Hình 3.19 Sơ đồ điện điều khiển vòi phun ................................................................... 53
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
xiv
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
Hình 3.20 Sơ đồ mạch cấp nguồn ................................................................................ 53
Hình 3.21 Thiết kế khối UART cho board mạch chủ .................................................... 54
Hình 3.22 Sơ đồ nguyên lý .......................................................................................... 55
Hình 3.23 Sơ đồ mạch in .............................................................................................. 55
Hình 3.24 Giao diện điều khiển trên nền LabVIEW .................................................... 56
Hình 4.1 Người nghiên cứu tiến hành vận hành băng thử............................................ 65
Hình 4.2 Nhân viên kỹ thuật tiến hành kiểm tra vòi phun ............................................ 65
Hình 4.3 Thầy Phan Văn Nam hướng dẫn sinh viên thực hành ................................... 68
Hình 4.4 Sinh viên thực hành trên băng thử ................................................................. 68
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
xv
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG
TRANG
Bảng 3.1 Các chi tiết dùng trong hệ thống nhiên liệu áp suất thấp ............................. 41
Bảng 3.2 Các chi tiết dùng trong hệ thống dẫn động bơm cao áp ............................... 43
Bảng 3.3 Chức năng các chân trong board điều khiển ................................................ 55
Bảng 4.1 Các kết quả kiểm tra vòi phun DENSO 5511/4152 06H05298 trên băng thử
chế tạo ........................................................................................................................... 55
Bảng 4.2 Các kết quả kiểm tra vòi phun DENSO 5511/4152 06H05298 trên băng thử
thương mại .................................................................................................................... 66
Bảng 4.3 Các kết quả kiểm tra vòi phun DENSO 5511/4152 11L02114 trên băng thử chế
tạo .................................................................................................................................. 67
Bảng 4.4 Các kết quả kiểm tra vòi phun DENSO 5511/4152 11L02114 trên băng thử
thương mại .................................................................................................................... 67
Bảng 4.5 Số liệu thống kê cuộc khảo sát ý kiến sinh viên về việc học tập trên băng thử
chế tạo ........................................................................................................................... 69
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
xvi
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
MỞ ĐẦU
Ô nhiễm môi trường và sự cạn kiệt của nguồn năng lượng dầu mỏ đang là những
vấn nạn không chỉ của riêng một quốc gia nào. Một trong những nguyên nhân chính dẫn
tới những vấn nạn trên phải kể đến sự ảnh hưởng của ngành công nghệ ô tô hiện nay. Số
lượng ô tô ra đời ngày càng nhiều thì lượng tiêu hao nhiên liệu cũng như lượng phát thải
ô nhiễm càng tăng. Để khống chế tình trạng trên, các quốc gia trên thế giới đã đưa ra
những yêu cầu vô cùng khắc khe về lượng nhiên liệu tiêu hao, lượng khí thải ô nhiễm và
tiếng ồn trên một chiếc ô tô.
Nhằm đáp ứng chỉ tiêu về môi trường và nhiên liệu, các hãng ô tô trên thế giới đã
ứng dụng những công nghệ mới vào chiếc xe của mình để nó ngày càng trở nên thân
thiện hơn với môi trường. Những hệ thống nhiên liệu hiện đại trên xe đã được phát triển
và một bước tiến vượt bậc đối với hệ thống nhiên liệu diesel đó là hệ thống Common
Rail. Trong hệ thống Common Rail, nhiên liệu được cung cấp một áp suất rất cao (600
– 1800 bar) và các bộ phận được điều khiển bằng điện tử, nhằm mục đích giúp cho quá
trình cháy của động cơ được thực hiện một cách tối ưu nhất có thể.
Đồng hành với việc phát triển hệ thống nhiên liệu diesel Common Rail thì việc
kiểm tra, chẩn đoán hệ thống cũng trở thành một vấn đề “nóng” trong ngành công nghệ
ô tô. Các thiết bị nhằm mục đích phục vụ cho việc kiểm tra, chẩn đoán hệ thống Common
Rail cũng đã được ra đời ngày càng nhiều. Sản xuất các thiết bị trên đã trở thành một
ngành công nghiệp mới hiện nay.
Tại thị trường Việt Nam những thiết bị kiểm tra các chi tiết trong hệ thống Common
Rail đã được nhập khẩu về nhiều, tuy nhiên giá thành của các sản phẩm này khá cao dẫn
đến việc trang bị các thiết bị này ở các xưởng sửa chữa ô tô trong nước gặp khó khăn.
Đào tạo về hệ thống Common Rail tại các trường dạy nghề ở nước ta cũng đang
gặp rất nhiều khó khăn về việc trang bị thiết bị và tài liệu giảng dạy.
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
1
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
Xuất phát từ những phân tích trên, người nghiên cứu chọn tên đề tài: “Thiết kế,
chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng thực hành”. Sự thành
công đề tài sẽ giúp cho việc giảm giá thành các thiết bị nghiên cứu về hệ thống nhiên
liệu Common Rail, đồng thời việc nắm giữ công nghệ chế tạo sẽ là tiền đề cho việc phát
triển những thiết bị hiện đại và toàn năng hơn trong tương lai.
Mục đích của đề tài: xây dựng cơ sở lí luận và thực tiễn cho việc điều khiển áp suất
phun và số lần phun, nhằm phát hiện những hư hỏng của vòi phun, cho phép việc sửa
chữa và đào tạo về hệ thống Common Rail được chính xác.
Đối tượng nghiên cứu: kiểm tra hình dạng tia phun và lượng phun ra qua băng thử
để kiểm tra chất lượng vòi phun.
Phạm vi nghiên cứu đề tài: tác giả sẽ tiến hành các nhiệm vụ cụ thể sau:
- Tìm hiểu về hệ thống nhiên liệu Common Rail.
- Nghiên cứu một số thiết bị chẩn đoán và kiểm tra các cụm thiết bị của hệ thống
nhiên liệu Common Rail.
- Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống nhiên liệu Common Rail có kết hợp giảng dạy.
- Thiết kế nội dung các bài học về hệ thống Common Rail.
- Thực nghiệm và đánh giá băng thử.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Đề tài “Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common
Rail, kết hợp các bài giảng thực hành” là một hướng đi mới mang tính đột phá trong
lĩnh vực dụng cụ thiết bị dạy học về hệ thống nhiên liệu Common Rail.
- Chế tạo thành công băng thử hệ thống Common Rail giúp cho việc dạy và học lý
thuyết, thực hành về hệ thống Common Rail ở các trường dễ dàng và sinh động hơn.
- Băng thử hệ thống nhiên liệu Common Rail cho phép chẩn đoán tình trạng kỹ thuật
và hư hỏng của các chi tiết trong hệ thống một cách logic và khoa học.
- Nội dung của đề tài có thể làm tài liệu học tập và tài liệu tham khảo trong sửa chữa,
chẩn đoán hệ thống nhiên liệu Common Rail.
- Giá thành thiết bị chế tạo thấp có thể áp dụng phổ biến và thương mại hóa sản phẩm.
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
2
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan
Những chiếc xe tự vận hành đầu tiên chạy bằng động cơ hơi nước, vào năm 1769
dựa trên nguyên lý đó một người Pháp tên Nicolas Joseph Cugnot đã chế tạo ra chiếc xe
ôtô đầu tiên. Một giải pháp đã được tìm thấy do một kỹ sư người Đức – Rudolf Diesel
vào năm 1892 là nén thật chặt không khí nạp trong xy lanh để làm cho nhiệt độ dòng khí
nạp lên thật cao. Khi đó nhiên liệu được phun vào khu vực không khí cực nóng này trong
xy lanh sẽ bị đốt cháy hầu hết ngay lập tức và sự giãn nở của khí cháy sinh công với hiệu
suất cao.
Cùng với việc các hệ thống tự động hóa ngày càng được áp dụng rộng rãi trên ô tô,
hệ thống nhiên liệu diesel cũng đã được phát triển theo xu hướng mới. Hệ thống Common
Rail đầu tiên được phát minh bởi Robert Huber, người Thụy Sĩ vào cuối những năm 60
và được bán rộng rãi ra thị trường vào 1995, sau đó ứng dụng rộng rãi trên các xe du
lịch.
Trong hệ thống Common Rail, áp suất phun được điều khiển cho mỗi vòi phun một
cách riêng lẻ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong hộp chứa (Rail) hay còn gọi là
“Ắcquy thủy lực” và được phân phối đến từng vòi phun. Lợi ích của hệ thống Common
Rail là làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu được phun ra ở áp suất rất cao nhờ kết hợp
điều khiển điện tử làm cho khả năng cháy sạch gần như tuyệt đối, kiểm soát lượng phun,
thời điểm phun. Do đó làm hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn.
Với những ưu điểm trên, ngày nay, hầu như tất cả các hãng ô tô đã sử dụng phổ
biến hệ thống này trên xe của họ, cũng như sử dụng trên các động cơ xe cơ giới, tàu thủy,
… với nhiều tên gọi khác nhau như: Toyota với tên D-4D, Mercedes với tên CDI,
Huyndai với tên COMMON RAILDi, Peugoet với tên HDi…
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
3
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
Tuy nhiên, việc nghiên cứu và sửa chữa hệ thống Common Rail ở nước ta còn khá
hạn chế về trang thiết bị, thông số kỹ thuật cũng như tài liệu hướng dẫn, đặc biệt ở các
vùng, tỉnh nhỏ. Các trường dạy nghề hiện cũng đang gặp không ít khó khăn và lúng túng
trong việc đầu tư trang thiết bị cho việc đào tạo cho hệ thống Common Rail do chi phí
đầu tư khá lớn. Dẫn đến việc thiếu hụt nguồn nhân lực có chuyên môn sâu trong lĩnh vực
sửa chữa hệ thống Common Rail.
1.2 Lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu diesel trên động cơ đốt trong
1.2.1
Hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển bằng cơ khí
Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel điều khiển cơ khí
Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống nhiên liệu là phun một lượng và áp suất nhiên liệu
chính xác vào từng xy-lanh động cơ tại mỗi thời điểm đã được ấn định sẵn. Các hệ thống
nhiên liệu này đều được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí.
1.2.2
Hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển bằng điện tử
a. Hệ thống UI (Unit injector fuel injection system)
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
4
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
Hệ thống UI sử dụng dạng kim bơm
liên hợp, các UI được đặt trên nắp
máy, nhiên liệu áp suất cao được tạo ra
trong từng UI nhờ cò mổ được dẫn
động bằng trục cam, đầu vòi phun
được đưa vào buồng đốt.
Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống UI
b. Hệ thống UP (Unit pump fuel injection system)
Hệ thống UP sử dụng bơm cao áp
và vòi phun riêng biệt, mỗi bơm được
nối với một kim thông qua ống cao
áp, bơm được đặt trực tiếp vào thân
động cơ, nhiên liệu áp suất cao được
tạo ra do pít tông bơm nén nhiên liệu
và được dẫn động bởi trục cam.
Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống UP
c. Hệ thống VE – EDC
Đây là được coi giai đoạn chuyển tiếp từ hệ thống nhiên liệu điều khiển hoàn toàn
bằng cơ khí sang điều khiển bằng điện tử. Nhiên liệu được hút ra khỏi thùng nhiên liệu
và được vận chuyển đến bơm phân phối nhờ bơm cánh gạt. Trong bơm phân phối VE,
pít tông bơm vừa chuyển động tịnh tiến vừa xoay quanh trục giống như loại VE điều
khiền bằng cơ khí.. Chuyển động tịnh tiến và xoay của pít tông bơm là nhờ cốt bơm và
mấu cam trên đĩa cam. Chuyển động tịnh tiến của bơm có nhiệm vụ hút nhiên liệu và
nén nhiên liệu làm cho nhiên liệu có áp suất thấp thành nhiên liệu có áp suất cao. Chuyển
động xoay của pít tông bơm có nhiệm vụ phân phối nhiên liệu có áp suất cao đến từng
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
5
Đề tài: Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống Common Rail, kết hợp các bài giảng
thực hành
vòi phun. Trong hệ thống VE – EDC, ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến và tiến hành
tính toán một cách kỹ lưỡng thời điểm phun và lưu lượng phun tốt nhất sau đó gởi các
tín hiệu điều khiển đến van SPV và TCV.
1. CB áp suất khí nạp
2. SPV
3. Cảm biến tốc độ động cơ
4. CB nhiệt độ nhiên liệu
5. Lọc nhiên liệu
6. Thùng nhiên liệu
7. TCV
8. CB nhiệt độ khí nạp
9. CB vị trí trục khuỷu
10. CB nhiệt độ nước
11. Van EGR
Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống VE- EDC
12. Vòi phun
13. CB vị trí bàn đạp ga.
d. Hệ thống Common Rail
Hiện nay hệ thống điều khiển Common Rail (CDI hay CRDI) đã được phát triển
và ứng dụng trên nhiều dòng xe lưu hành ở nước ta: Hyundai Starex, Santa Fe, Toyota
Hilux, Hiace, Isuzu D-max, Mercedes Sprinter…
Khi vận hành, động cơ được điều khiển bởi bộ vi xử lý để tối ưu hóa về lượng, thời
điểm và áp suất phun nhiên liệu. So với động cơ diesel cũ, động cơ Common Rail có
công suất lớn hơn, giảm lượng tiêu hao nhiên liệu, ít ô nhiễm và hoạt động êm dịu hơn.
Phun nhiên liệu trực tiếp qua ống góp tích áp là một dạng mới của hệ thống phun
trực tiếp dùng cho động cơ diesel. Hệ thống bao gồm một ống góp nhiên liệu cao áp (trên
1000 bar) cấp nhiên liệu cho các vòi phun điện từ riêng lẻ, tức là các vòi phun này thay
vì đóng mở bằng lò xo thì nó được đóng mở bằng một cuộn hút điện từ ở phía trên vòi
CBHD: TS. Trần Thanh Thưởng
HVTH: Phạm Xuân Đạt
6
