Đồ án tốt nghiệp khảo sát hệ thống nhiên liệu commonrail động cơ ô tô

Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED

TRƯỜNG CAO ĐẴNG GIAO THÔNG VẬN TẢI TRUNG
ƯƠNG V
KHOA CƠ KHÍ – ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

KHẢO SÁT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL
ĐỘNG CƠ Ô TÔ

Sinh viên thực hiện:

Lớp:
Giáo viên hướng dẫn:
Giáo viên duyệt:

Đà Nẵng – 2019

1


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED

LỜI NÓI ĐẦU
Trong xu thế hội nhập hiện nay, nền công nghiệp Việt Nam đang đứng những
cơ hội đầy tiềm năng và ngành công nghiệp ô tô Việt Nam cũng không ngoại lệ. Ở
nước ta số lượng ô tô hiện đại đang được lưu hành ngày một tăng. Các loại ô
tô này đều được cải tiến theo hướng tăng công suất, tốc độ, giảm suất tiêu
hao nhiên liệu, điện tử hố q trình điều khiển và hạn chế mức thấp nhất

thành phần ơ nhiễm trong khí xả động cơ.
Với sự phát triển mạnh mẽ của tin học trong vai trị dẫn đường, q trình tự động
hóa đã đi sâu vào các ngành sản xuất và các sản phẩm của chúng, một trong số đó là
ơ tơ. Nhờ sự giúp đỡ của máy tính để cải thiện q trình làm việc nhằm đạt hiệu quả
cao và chống ô nhiểm môi trường, tối ưu hố q 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 cơng
nhân kỹ thuật ngành ơ tơ ở nước ta cịn nhiều lúng túng và sai sót nên cần có những
nghiên cứu cụ thể về hệ thống điện tử trên động cơ ơ tơ.
Vì vậy là một sinh viên của nghành động lực sắp ra trường, em chọn đề tài:
"Khảo sát hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ DW10 ATED" làm đề
tài tốt nghiệp của mình. Em rất mong với đề tài này em sẽ củng cố tốt hơn kiến
thức của mình để khi ra trường em có thể đóng góp vào ngành cơng nghiệp ơ tơ của
nước ta, để góp phần vào sự phát triển chung của ngành
Cuối cùng em xin được gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn đã chỉ
bảo em tận tình, giúp em vượt qua những khó khăn vướng mắc trong khi hồn thành
đồ án của mình. Bên cạnh đó em cảm ơn các thầy trong khoa đã tạo mọi điều kiện
để em hoàn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp này.
Sinh viên thực hiện

2


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED

1 : Tổng quan về hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel.
1.1: Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel.
1.1.1 : Nhiệm vụ :
- Dự trữ nhiên liệu:
Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định mà
không cần cấp thêm nhiên liệu vào, lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên

liệu, giúp nhiên liệu luân chuyển dễ dàng trong hệ thống.
- Cung cấp nhiên liệu cho động cơ : Đảm bảo tốt các yêu cầu sau.
+ Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với chế độ làm việc
của động cơ.
+ Phun nhiên liệu vào đúng xy lanh thời điểm, đúng quy luật.
+ Đối với động cơ nhiều xylanh thì lượng nhiên liêu phun vào các xylanh phải
đồng đều trong một chu trình cơng tác.
- Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa số
lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạng buồng
cháy, cường độ và phương hướng chuyển động của mỗi chất trong buồng cháy để
hồ khí được hình thành nhanh và đều.
1.1.2 : Yêu cầu :
Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel phải thoả mãn các yêu cầu sau .
- Hoạt động ổn định, có độ tin cậy và tuổi thọ cao.
- Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sữa chữa.
- Dễ chế tạo, giá thành hạ.
1.1.3 : Phân loại:
Dựa vào các loại bơm cao áp của hệ thống nhiên liệu ta có thể phân loại sơ bộ
hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thành 3 loại sau.
a : Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm dãy.
Bơm cao áp là 1 loại bơm gồm nhiều tổ bơm ghép thành 1 khối có vấu cam điều
khiển nằm trong thân bơm và điều khiển chung bằng 1 thanh răng.
3


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED

5

6

7

8

1

4

3

2

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm dãy.
1: Thùng chứa nhiên liệu. 2 : Cốc lọc; 3 : Bơm tay.4 : Bơm cao áp.
5 : Bầu lọc tinh . 6 : Ống dầu cao áp. 7: Vòi phun. 8: Buồng cháy.
* Nguyên lý hoạt động:
Khi khởi động động cơ, trục cam dẫn động bơm chuyển vận (3) hút nhiên liệu
từ thùng chứa (1) đẩy qua bầu lọc (5) để cấp nhiên liệu cho bơm cao áp (4). Số tổ
bơm cao áp bằng số xylanh của động cơ, các tổ bơm cung cấp nhiên liệu qua đường
ống cao áp (6) tới vòi phun (7) để phun nhiên liệu vào buồng cháy (8). Nhiên liệu rò
qua khe hở trong thân kim phun của vòi phun và trong các tổ bơm được theo các
đường ống thấp áp trở về thùng chứa.
Để hệ số nạp của các tổ bơm ổn định, và khơng gián đoạn q trình cấp nhiên
liệu thì nhiên liệu đi vào xylanh bơm cao áp khơng được lẫn khơng khí.
+ Khơng khí lẫn trong hệ thống nhiên liệu do những nguyên nhân như sau:
− Khơng khí hịa tan trong nhiên liệu tách ra khi áp suất thay đổi đột ngột.
− Khơng khí trời lọt qua những đoạn ống khơng kín, đặc biệt ở những khu vực
mà áp suất nhiên liệu thấp hơn áp suất khí trời.
+ Một số biện pháp để tách khơng khí ra khỏi nhiên liệu trong hệ thống:

4


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED
− Nhiên liệu được tuần hoàn liên tục từ thùng chứa, qua bầu lọc, qua bơm cao
áp, qua van tràn và đường ống tràn về thùng chứa. Sự tuần hồn cuốn khơng khí
trong hệ thống đưa về thùng chứa, do đó khơng khí được tách khỏi nhiên liệu.
− Trước khi khởi động máy, dùng bơm tay bơm dầu thật căng và giữ nguyên
bơm tay sau đó nới lỏng ốc xả gió trên bầu lọc cho khơng khí tràn ra ngồi, rồi siết
chặt ốc xả gió lại, tiếp tục bơm và lại xả đền khi nào hét khơng khí thì thơi. Làm
tương tự như vậy để xả khơng khí trong bơm cao áp bằng ốc xả gió trên thân bơm.
Bơm tay lắp song song với bơm chuyển vận 3 được sử dụng để bơm nhiên liệu
vào hệ thống khi máy ngừng hoạt động lâu ngày, nhiên liệu trong hệ thống đường
ống bị rị qua những chỗ khơng kín khít. Sau đó phải khóa bơm tay lại rồi mới khởi
động động cơ.
b : Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm phân
phối.
3

4

5

6

2
7

1

9
10
B

8

11
12

A

C

Hình 1.2 : Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm cao áp loại bơm
phân phối .
1- Thùng chứa nhiên liệu; 2,4- Bơm tiếp vận; 3- Bầu lọc tinh; 4- Van điều áp;
6- Vòi phun; 7- Buồng cháy; 8- Bơm cao áp phân phối; 9- Van cao áp;
10- Piston; 11- Lỗ đưa nhiên liệu đến các vòi phun; 12- Vành điều lượng.
Bơm phân phối khác với bơm nhánh ở chỗ là chỉ cần một bộ đôi piston-xylanh
nhưng vẫn đảm bảo cung cấp nhiên liệu cho các xylanh. Piston vừa tịnh tiến, vừa
5


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED
xoay. Với động cơ có i xylanh thì piston sẽ chuyển động tịnh tiến i lần và trong một
chu kỳ của động cơ, piston sẽ xoay đủ một vòng.
− Lỗ nạp nhiên liệu: đưa nhiên liệu từ bơm tiếp vận vào xylanh của bơm cao áp.
− Thân xylanh có rãnh dẫn nhiên liệu cao áp vào lỗ B.
− 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 vịi phun thì
nhiên liệu cao áp được đưa đến vòi phun.
* Nguyên lý hoạt động:
Khi piston chuyển động xuống dưới, nhiên liệu từ bơm tiếp vận qua lỗ A được
nạp vào xylanh.
Khi piston đi lên trên, một phần nhiên liệu thoát qua lỗ A, cho đến khi đỉnh
piston bắt đầu đóng lỗ A, áp suất nhiên liệu bắt đầu tăng, áp suất tăng cao và mở
van cao áp (9), nhiên liệu theo đường cao áp vào lỗ B, vào xylanh chứa trong phần
hình trụ dưới.
Chuyển động xoay tròn của piston xảy ra đồng thời với chuyển động tịnh tiến,
khi rãnh dọc áp vào lỗ đến vịi phun nào thì lỗ đó được nhận nhiên liệu cao áp.
Để điều chỉnh lượng nhiên liệu chu kỳ, người ta thay đổi vị trí của vành điều
lượng (12), nếu mặt trong của vành điều lượng (12) che kín lỗ C thì khơng có nhiên
liệu cao áp thốt ra ngồi.
Khi piston chuyển động đi lên, đến một lúc nào đó, mép dưới làm hở lỗ C, lúc
đó nhiên liệu cao áp từ đỉnh piston theo lỗ dọc, xuống lỗ C thốt ra ngồi. Khi đó áp
suất trong xylanh giảm đột ngột, quá trình phun nhiên liệu chấm dứt.
Khi nâng vành điều lượng (12) lên thì mép dưới sớm mở lỗ C, nhờ vậy giảm
lượng nhiên liệu cung cấp.

6


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED

c : Hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail.
7
12

6

8

9

5
4

10

11

3
13

14

15

2
1

16

17

18

19

Hình 1.3. : Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail
1- Thùng chứa; 2- Ống tản nhiệt: 3- Bộ lọc: 4- Van đóng mở(theo nhiệt độ):
5-Bơm chuyển nhiên liệu; 6- Van điều áp suất thấp: 7- Van điều áp suất cao:
8- Đường ống dự trữ: 9 -Cảm biến áp suất nhiên liệu: 10-Bơm cao áp:
11- ECU: 12-Kim phum: 13- Bơm điện: 14- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát:
15- Cảm biến vị trí trục khuỷu: 16- Cảm biến áp suất: 17- Cảm biến vị trí trục
cam: 18- Cảm biến vị trí bàn đạp ga: 19- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu.
Nguyên lý:
Nhiên liệu có áp suất cao được bơm vào ống phân phối để từ đó cung cấp cho
các kim phun. Nhiên liệu từ thùng chứa 1 được bơm qua bơm điện và đi vào bộ lọc
3 qua bơm chuyển 5 qua van điều áp 6 vào bơm cao áp 10 nhiên liệu áp suất cao
được bơm vào ống dự trữ qua van điều chỉnh áp suất 7. Tại đường ống phân phối sẽ
có các đường ống cao áp nối tới kim phun để phun nhiên liệu vào buồng đốt động
cơ và quá trình phun nhiên liệu được điều khiển bởi ECU.
ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến (cảm biến tốc độ, cảm biến vị trí trục
cam, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến nhiệt độ

7


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED
nước làm mát, cảm biến áp suất…) sau khi xử lý các tín hiệu đầu vào này ECU sẽ
đưa ra tín hiệu điều khiển kim phun.
Hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel không ngừng được cải tiến với các giải
pháp kỹ thuật tối ưu nhằm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiệm môi trường và suất
tiêu hao nhiên liệu. Các nhà khoa học đã nghiên cứu và đã đề ra nhiều biện pháp
khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức tốt quá trình cháy nhằm giới hạn chất ô
nhiệm. Các biện pháp được đưa ra nhằm giải quyết các vấn đề sau:
- Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hịa trộn nhiên

liệu- khơng khí.
- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp .

- Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình
phun để làm giảm HC.
- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả ( ERG: Exhaust Gas Recirculation).
Hiện nay, các nhược điểm của HTNL diesel đã được khắc phục dần bằng cách
cải tiến các bộ phận của hệ thống nhiên liệu như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tích
trữ nhiên liệu áp suất cao, các ứng dụng điều khiển tự động nhờ sự phát triển của
công nghệ. Trong động cơ diesel hiện đại, áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi
phun một cách riêng lẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong ống tích trữ hay còn
gọi là “ ống phân phối ” và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu. Đó là
HTNL common rail diesel. Hệ thống Common Rail về cơ bản bao gồm các thành
phần sau:
− Kim phun điều khiển bằng van điện từ (solenoid) được gắn vào nắp máy.
− Ống tích trữ nhiên liệu (ống phân phối áp lực cao).
− Bơm cao áp (bơm tạo áp suất cao)
Các thiết bị sau cũng cần cho sự hoạt động điều khiển của hệ thống :
− ECU : − Cảm biến tốc độ trục khuỷu : − Cảm biến tốc độ trục cam.
− Cảm biến bàn đạp ga.
Kim phun được nối với ống tích nhiên liệu áp suất cao (rail) bằng một
đường ống ngắn. Kết hợp với đầu phun và van điện từ được cung cấp điện qua
ECU. Khi van solenoid khơng được cấp điện thì kim ngừng phun. Nhờ áp suất
phun không đổi, lượng nhiên liệu phun ra sẽ tỷ lệ với độ dài của xung điều
8


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED
khiển solenoid. Yêu cầu mở nhanh solenoid được đáp ứng bằng việc sử dụng

điện áp cao và dòng lớn. Thời điểm phun được điều khiển bằng hệ thống điều
khiển góc phun sớm. Hệ thống này dùng một cảm biến trên trục khuỷu để nhận
biết tốc độ động cơ, và một cảm biến trên trục cam để nhận biết kỳ hoạt động.
Lợi ích của vịi phun common rail là làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu được
phun ra với áp suất rất cao đồng thời kết hợp hệ thống điều khiển điện tử để kiểm
soát lượng phun, thời điểm phun một cách chính xác. Do đó làm hiệu suất động cơ
và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn
+ So với hệ thống cũ dẫn động bằng trục cam thì hệ thống nhiên liệu 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 (cho xe du lịch, khách,tải nhẹ, tải nặng, xe lửa và
tàu thủy).
- Áp suất phun đạt đến 1350 bar.
- Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động của động cơ.
- Có thể thay đổi thời điểm phun.
Phun nhiên liệu chia làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun chính và phun kết
thúc. Các giai đoạn phun sơ khởi làm giảm thời gian cháy trễ và phun thứ cấp tạo
cho q trình cháy hồn thiện. Với phương pháp này áp suất phun lên đến 1350 bar
có thể thực hiện ở mọi thời điểm ngay cả lúc động cơ đang ở tốc độ thấp.
Qua đây ta thấy hệ thống nhiên liệu common rail có những ưu điểm sau
· Tiêu hao nhiên liệu thấp.
· Phát thải ô nhiễm thấp.
· Động cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn.
· Cải thiện tính năng động cơ
.Thiết kế phù hợp để thay thế cho các động cơ Diesel đang sử dụng .Tức việc bố
trí các thành phần và lắp đặt chúng trên động cơ phù hợp với các động cơ đang tồn
tại. Động cơ Diesel thế hệ “cũ”, trong quá trình làm việc hệ thống cung cấp nhiên
liệu thì tạo ra tiếng ồn khá lớn. Khi khởi động và tăng tốc đột ngột lượng khói đen
thải ra lớn. Vì vậy làm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm cao. Ở HTNL common rail áp
suất phun lên đến 1350 bar, có thể phun ở mọi thời điểm, mọi chế độ làm việc và

9


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED
ngay cả động cơ lúc thấp tốc mà áp suất phun vẫn không thay đổi. Với áp suất cao,
nhiên liệu được phun càng tơi nên quá trình cháy càng sạch hơn.
Ngoài những ưu điểm nổi trội như đã nêu trên thì hệ thống nhiên liệu common
rail cịn tồn tại một số nhược điểm sau:
· Thiết kế và chế tạo phức tạp địi hỏi có ngành cơng nghệ cao.
· Khó xác định và lắp đặt các chi tiết common rail trên động cơ cũ.
1.2. Sự hình thành hỗn hợp khơng khí và nhiên liệu trong buồng cháy của động
cơ Diezel.
Tính kinh tế của động cơ Diesel, tiếng ồn và ứng suất của cơ cấu trục khuỷu
thanh truyền phụ thuộc nhiều vào tốc độ biến thiên hóa năng của nhiên liệu thành
nhiệt năng. Diễn biến thời gian cấp nhiên liệu, tính chất của nhiên liệu có ý nghĩa
quyết định tới tốc độ phản ứng hóa học, q trình tạo hỗn hợp giữa nhiên liệu và
khơng khí . Vì vậy để q trình cháy diễn ra 1 cách hiệu quả nhất thì ta cần điều
chỉnh thật tốt chùm tia nhiên liệu trong buồng cháy. Diễn biến thời gian tạo hỗn
hợp được điều khiển bởi kết cấu buồng cháy bằng cách phân chia nhiên liệu thành
hạt nhỏ mịn kết hợp với xoáy lốc của khơng khí để tạo được sự tối ưu trong quá
trình cháy của nhiên liệu trong buồng cháy của động cơ.
Ở động cơ Diesel hỗn hợp nhiên liệu và không khí được hình thành bên trong xy
lanh động cơ trong 1 khoảng thời gian rất ngắn. Tính theo góc quay của trục khuỷu,
chỉ bằng 1/10 đến 1/20 so với trường hợp của động cơ xăng . Ngoài ra nhiên liệu
của động cơ Diesel lại khó bay hơi hơn động cơ xăng nên nhiên liệu phải được phun
thật tơi và hoà trộn thật đều trong khơng gian buồng cháy thì q trình cháy mới
thạt hiệu quả. Vì vậy phải tạo điều kiện để nhiên liệu được sấy nóng, bay hơi nhanh
và hồ trộn đều với khơng khí trong buồng cháy nhằm tạo ra hỗn hợp tốt nhất. Mặt
khác phải đảm bảo cho nhiệt độ khơng khí trong buồng cháy tại thời gian phun
nhiên liệu phải đủ lớn để hỗn hợp không khí và nhiên liệu tự bốc cháy. Quy luật

cháy và tỏa nhiệt trong động cơ có ý nghĩa quyết định tới các thông số như áp suất
cháy, hiệu suất nhiệt, cơng suất, và thành phần chất độc trong khí thải của động cơ.
Trong đó quy luật phun nhiên liệu có ý nghĩa quyết định tới chất lượng phun sương
mù và khả năng bốc hơi của nhiên liệu trong buồng cháy.
10


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED
Quá trình hình thành hỗn hợp và quá trình bốc cháy nhiên 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 hố của nhiên liệu, sau đó một phần
nhiên liệu được phun vào trước đã tạo thành hoà khí thì tự bốc cháy trong khi nhiên
liệu vẫn được tiếp tục phun vào để cung cấp cho xy lanh động cơ. Diễn biến thời
gian tạo hỗn hợp được điều khiển bởi bản thân kết cấu buồng cháy bằng cách phân
chia nhiên liệu thành nhiều hạt nhỏ, mịn kết hợp với xốy lốc của khơng khí. Chính
đặc điểm của q trình hình thành hồ khí và q trình cháy như vậy nên để cho
phù hợp thì động cơ diesel có rất nhiều loại buồng cháy khác nhau tuỳ theo cấu tạo
của động cơ và mục đích sử dụng động cơ. Hình dáng của buồng cháy phải đáp ứng
các yêu cầu kỹ thuật sau:
− Thích ứng với lượng và hình dáng chùm tia nhiên liệu phun vào.
− Tạo được sự xoáy lốc mạnh trộn lẫn khơng khí với nhiên liệu.
Hiện nay buồng cháy của động cơ Diesel được phân loại theo hai cách.
- Dựa vào vị trí bay hơi của nhiên liệu thì được chia thành :
+ Hình thành kiểu màng trực tiếp .
+ Hình thành kiểu thể tích.
+ Hình thành kiểu thể tích - màng.
- Dựa vào nhân tố điều khiển và sự hình hành hồ khí thì chia thành :
+ Phun trực tiếp.
+ Phun gián tiếp.
Đối với động cơ phun trực tiếp thì buồng cháy trong động cơ được chia thành :

- Buồng cháy thống nhất.
- Buồng cháy khoét lõm sâu trên đỉnh piston.
Còn động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu phun gián tiếp thì buồng cháy của
động cơ cũng được chia thành ba loại sau đây:
+ Buồng cháy xốy lốc.
+ Buồng cháy dự bị.
+ Buồng cháy khơng khí.

11


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED

d
D

a

d
D

b

c

d

e

Hình 1.4. Kết cấu 1 số dạng buồng cháy:

a : buồng cháy xoáy lốc.
c : Buồng cháy kiểu man.

b : Buồng cháy thống nhất.

c : Buồng cháy dự bị.

d : Buồng cháy có đỉnh kht sâu

Q 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
khơng đồng nhất. Vì vậy quá trình hình thành hỗn hợp là một quá trình rất phức tạp
và diễn ra ở nhiều giai đoạn khác nhau.
Hơn nữa quá trình bay hơi của các hạt nhiên liệu rất phức tạp, điều kiện cho
việc bay hơi của các hạt nhiên liệu ở mỗi vị trí của chùm tia là khác nhau do đó việc
tính tốn là rất phức tạp và chỉ mang tính gần đúng. Nhiên liệu phun vào buồng
cháy có đường kính khác nhau mà sự sấy nóng và bay hơi của các hạt nhiên liệu lại
phụ thuộc rất nhiều vào đường kính, nhiệt độ, áp suất của các hạt nhiên liệu phun
vào. Ngồi ra cịn phụ thuộc vào tính chất vật lý của nhiên liệu. Thời gian để bay
hơi hoàn toàn các hạt nhiên liệu trong xy lanh động cơ phụ thuộc vào áp suất, nhiệt
độ ở thời điểm phun. Khi tăng áp suất khơng khí nạp sẽ ảnh hưởng mạnh tới sự bay
hơi bởi vì áp suất và nhiệt độ của khơng khí cuối q trình nén sẽ tăng. Sự xốy lốc
mạnh của khơng khí nạp trong bng cháy cũng có tác dung nâng cao cường độ và
tốc độ bay hơi của nhiên liệu.
Q trình hình thành hồ khí tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau nhưng chủ
yếu là phụ thuộc vào kết cấu của buồng cháy trong động cơ.

12

Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED
Đối với động cơ diesel có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong
động cơ, trong các yếu tố đó có nhiều yếu tố thuộc khâu kết cấu, thiết kế buồng
cháy, kết cấu đường ống nạp... và có nhiều yếu tố phụ thuộc vào chế độ hoạt động
của động cơ như : Số vòng quay, thời điểm phun, lượng phun....
Khả năng làm việc tối ưu của động cơ Diesel phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố điều
chỉnh cơ bản là : Lượng nhiên liệu phun vào động cơ và thời điểm phun. Cả hai
thông số điều chỉnh cơ bản này đều được điều chỉnh bởi bộ điều khiển điện tử trên
cơ sở xử lý các thơng tin đầu vào như . Số vịng quay, chế độ tải trọng động cơ,
nhiệt độ nước làm mát... Nói chung có nhiều bộ xử lý điều khiển nhiều hệ thống
khác nhau lắp trên ôtô. Tuy nhiên bộ xử lý nào cũng hoạt động theo nguyên lý thu
thập thông tin vào điều kiện làm việc của hệ thống và trên cơ sở đó điều khiển các
cơ cấu chấp hành theo cách mà người thiết kế mong muốn. Khuynh hướng hiện nay
vẫn tập trung vào việc nghiên cứu quá trình tạo hỗn hợp cháy trong động cơ Diesel
nhằm mục đích nâng cao công suất, tiết kiệm nhiên liệu, giảm chất độc hại trong khí
thải.

2 . Giới thiệu chung về động cơ DW10 ATED.
13


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED
2.1 Đặc điểm chung.

Hình 2.1 : Động cơ DW10 ATED
Động cơ DW10 ATED là động cơ Diesel thế hệ mới sử dụng công nghệ phun
nhiên liệu trực tiếp kiểu CDI. Động cơ DW10 ATED được cải tiến từ động cơ DW10TD
và là loại động cơ 4 kỳ 4 xylanh được đặt thẳng hàng và làm việc theo thứ tự nổ 1- 3- 42. Động cơ có cơng suất lớn 80 KW/4000 v/ph . Cơ cấu phân phối khí với 1 trục cam và
được dẫn động bằng đai răng kết hợp cơ cấu điều chỉnh khe hở thủy lực , duy trì khe hở
bằng 0 nhờ áp lực dầu và áp lực của lò xo. Nhờ vậy chất lượng nạp và thải tốt hơn (nạp

đầy, thải sạch), nhằm tăng công suất động cơ, giảm được lượng khí thải độc hại gây ô
nhiễm môi trường. Với hệ thống phun nhiên liệu diesel điều khiển bằng điện tử và hệ
thống tuần hoàn khí xả tạo cho động cơ ln làm việc ở chế độ an toàn và hiệu quả cao.
Bơm cao và bơm nước làm mát được dẫn động bằng đai răng. Hệ thống cung cấp
nhiên liệu sử dụng kiểu phun nhiên liệu trực tiếp kiểu CDI do hãng BOSH cung cấp.

Bảng 2-1 Bảng thông số kỹ thuật động cơ.
14


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED
Thông số

Giá trị

Số kỳ

4

Số xy lanh

Đơn vị

4 xy lanh thẳng hàng

Thứ tự làm việc

1-3-4-2

Hành trình piston

88

Đường kính xilanh
Tổng dung tích
Tỷ số nén
Cơng suất cực đại
Momen xoắn cực đại
Góc phun sớm

85
1996
18:1
80[kW] / 4000[v/ph]
250 Nm / 2000[v/ph]
200/ĐCT

[mm]
[mm]
[cm3]

2.2. Đặc điểm các nhóm chi tiết và cơ cấu chính của động cơ DW10 ATED.
2.2.1 Thân máy và nắp xy lanh.
a : Thân máy
- Thân máy là chi tiết máy cố định và có kết cấu phức tạp.
- Khối lượng và kích thước lớn.

Hình 2.2. : Thân máy
- Thân máy được đúc bằng gang hợp kim với nhiều gân tăng cứng để tăng độ cứng
vững và giảm rung động.

- 4 xy lanh thẳng hàng tạo thành 1 khối, đường kính mỗi xy lanh : 85mm.
- Chiều cao xylanh: 133mm.
- Chiều dày xylanh: 0.03 mm
15


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED
b. Nắp xylanh.
- Nắp xy lanh kết cấu rất phức tạp vì trên đó vì trên đó phải bố trí rất nhiều cơ cấu và chi
tiết. điều kiện làm việc rất khắc nhiệt do nó chịu nhiệt độ và áp suất cao.

Hình 2.3. : Nắp xy lanh.
2.2.2. Nắp đậy, nắp trục cam.
- Nắp đậy dùng để che bụi và ngăn khơng cho dầu nhờn vung ra ngồi nhằm giảm tiêu
hao dầu và giảm tiếng ồn khi động cơ làm việc.
- Nắp đậy được làm từ vật liệu nhẹ để thuận tiện trong việc di chuyển.
- Trên nắp đậy có 1 lỗ để đổ dầu nhờn.
- Nắp trục cam 1 được chế tạo từ hợp kim nhẹ.

Hình 2.4. : Nắp trục cam.
2.2.3. Vịng gioăng bao kín.
Dùng để bao kín tránh lọt khí và nước chảy ở bề mặt lắp ghép nắp xy lanh và thân
máy. Kết cấu và kiểu loại phụ thuộc vào loại động cơ. Ở động cơ DW10 ATED thì dùng
loại gioăng bằng thép nhiều lớp xếp lại với nhau, bề mặt được phủ 1 lớp chất dẻo để tăng
tính làm kín.

16


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED

Lỗ đột dấu

Hình 2.5 : Gioăng bao kín.

Có 5 loại gioăng được nhận biết bởi các lỗ đột dấu
Chiều dày các lá thép cụ thể như sau.
Chiều dày

Số lỗ

1.30 ± 0.06
1.35 ± 0.06
1.40 ± 0.06
1.45 ± 0.06
1.50 ± 0.06

1
2
3
4
5

2.2.4 . Nhóm pít tơng.
Nhóm piston gồm piston, xécmăng, chốt piston, xécmăng khí, xécmăng dầu và các
chi tiết hãm chốt piston. Piston là một chi tiết quan trọng của động cơ, cùng với xylanh
và nắp xylanh tạo thành buồng cháy.
Trong quá trình làm việc của động cơ đốt trong, nhóm piston có các nhiệm vụ chính
sau:
- Đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ cho khơng khí cháy trong buồng cháy khơng

lọt xuống cácte và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy.
- Tiếp nhận lực khí thể sinh ra do quá trình cháy nổ và truyền tới thanh truyền để
làm quay trục khuỷu, nén khí trong q trình nén, đẩy khí thải trong q trình thải
và hút khí nạp mới trong q trình nạp.

17


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED

Hình 2.6 . Trục khuỷu, thanh truyền, nhóm pít tơng
5 : Bạc lót trên. 6: Bạc lót dưới. 7: Tấm chắn dọc trục. 8: Pít tơng.
9: Chốt pít tơng.10: Vịng hãm. 11: Thanh truyền. 12: Bạc lót.

a : Pít tơng .
Piston được đúc bằng hợp kim nhẹ, do đó khối lượng của piston tương đối nhẹ.
Trên piston có bố trí 3 rãnh để lắp xéc măng, trong đó có hai xéc măng khí và một
xéc măng dầu.
3

2
1

Hình 2.7 : Pít tơng
Đỉnh piston có dạng lõm hình omega nhằm tăng dung tích buồng cháy và để phù
hợp với kiểu phun nhiên liệu trực tiếp. Dịng khí khi nạp vào có mức độ xoáy lốc cao tạo
18


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED

điều kiện tốt cho q trình hồ trộn nhiên liệu. Khi động cơ làm việc đầu piston nhận
phần lớn nhiệt lượng do khí cháy truyền cho nó và nhiệt lượng này truyền vào xécmăng
thông qua rãnh xécmăng, rồi đến nước làm mát động cơ. Ngồi ra trong q trình làm
việc piston còn được làm mát bằng cách phun dầu vào phía dưới đỉnh piston.
Thân piston làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xylanh, là nơi chịu
lực ngang N và là nơi để bố trí bệ chốt piston.
b. Xéc măng.
Để bao kín khơng gian buồng cháy trong xilanh (dùng xécmăng khí) và ngăn
khơng cho dầu nhờn sục vào buồng cháy (dùng xéc măng dầu).
Với động cơ DW10 ATED thì mỗi pít tơng có 3 Xéc măng.
xéc măng khí 3 có chiều dày 3.5 mm.
xéc măng khí 2 có chiều dày 2 mm.
xéc măng dầu 1 có chiều dày 3 mm.
c. Chốt piston.
Chốt piston được chế tạo bằng thép hợp kim. Mặt bên trong chốt pittơng có
dạng hình trụ rỗng. Chốt piston được lắp tự do trên bệ chốt và đầu nhỏ thanh truyền.
Sử dụng hai vịng khố để hãm hai đầu chốt pittông nhằm chống chuyển động dọc
trục. Khi làm việc chốt piston có thể xoay tự do trong bệ chốt piston và bạc lót của
đầu nhỏ thanh truyền.
2.2.5. Trục khuỷu.
Trục khuỷu là một trong những chi tiết quan trọng nhất, có cường độ làm việc lớn
nhất và giá thành cao nhất của động cơ. Có nhiệm vụ tiếp nhận lực tác dụng trên piston
truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động
quay của trục để đưa cơng suất ra ngồi trong chu trình sinh cơng của động cơ và nhận
năng lượng từ bánh đà sau đó truyền qua thanh truyền và piston thực hiện quá trình nén
cũng như trao đổi khí.
Trục khuỷu của động cơ DW10 ATED là trục khuỷu nguyên
-

5 cổ khuỷu và 4 chốt khuỷu.

- Bề mặt cổ trục được mài bóng và được tráng phủ lên bề mặt 1 lớp thép
nhằm nâng cao sức bền cho trục khuỷu. Kết cấu này đảm bảo cho trục khuỷu có độ
cứng vững cao.
19


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED
3

2

1

Hình 2.8 . Trục khuỷu
1 : Chốt khuỷu. 2 : Cổ khuỷu. 3 : Má khuỷu.
2.2.6 . Bánh đà :
Bánh đà có cơng dụng chủ yếu là đảm bảo tốc độ quay của trục khuỷu đồng đều
.Trong quá trình làm việc, bánh đà tích trữ năng lượng dư sinh ra trong hành trình sinh
cơng để bù đắp lại phần năng lượng thiếu hụt trong các hành trình tiêu hao công.làm cho
trục khuỷu quay đều hơn, giảm biên độ dao động của trục khuỷu.
Bánh đà của động cơ DW10 ATED là loại bánh đà dạng đĩa và được đúc bằng thép các
bon có thành phần các bon thấp.
- Đường kính bánh đà 275 mm.
- Vành răng bánh đà có 60 răng trong đó có 2 cái dùng để xác định điểm chết trên.
2.2.7 . Cơ cấu phân phối khí.
4
10
9

2

3
5

8 1
7
6

a

b

Hình 2.9 : Cơ cấu phân phối khí
a: Con đội thủy lực.

b : Bố trí các chi tiết.

1: Xu páp. 2: cò mổ loại con lăn. 3 ; Con lăn. 4: Trục cam. 5 : con đội thủy lực.
6 : Buồng áp suất cao. 7 : Lò xo. 8 : Van bi. 9 : Đường dầu. 10 : pít tơng

20


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED
Cơ cấu phối khí bao gồm cị mổ loại con lăn và cơ cấu điều chỉnh khe hở xu páp
thủy lực nên ln duy trì khe hở xu páp bằng 0 nhờ áp lực dầu và áp lực của lò xo. Cò
mổ loại con lăn dùng 1 vòng bi kim giúp giảm ma sát do đó cải thiện được tính kinh tế
của nhiên liệu .
a : Xu páp.

Mỗi xylanh bố trí 2 xupap.
- Xu pap và ống dẫn hướng được chế tạo từ thép.
- Xu páp nạp có đường kính 35,6 mm. Xu páp thải có đường kính 33,8 mm. Đường
kính thân xu páp 5,987 mm.
b : Trục cam
Trục cam được chế tạo từ thép hợp kim , trục cam được đặt trên nắp xylanh và trục
cam có 5 cổ trục chính.
c : Lị xo xu páp.
- Đường kính lò xo 20,9 mm.
- Số vòng lò xo 9 vòng.
d. Phương án dẫn động trục cam.
6

5
4
3

7

8

2
1

Hình 2. 10 : Phương án dẫn động trục cam.
1 : bánh răng trục khuỷu gồm 21 răng. 2 : bánh đai căng đai ( đường kính 60mm). 3 bánh
răng bơm cao áp gồm 42 răng . 4 : dây đai. 5 ; trục cam . 6 : bánh răng trục cam gồm 42
răng . 7: bộ căng đai bằng tay. 8 : bánh răng trục bơm nước làm mát gồm 20 răng.

21

Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED
Trục cam được dẫn động bằng đai răng nên kết cấu đơn giản, làm việc êm và
bền đồng thời trục cam được bố trí phía trên thân máy nên thuận lợi cho việc lắp
đặt và sửa chữa. Ngoài ra số răng của bánh răng trục bơm cao áp và bánh răng trục
cam gấp đối số răng của bánh răng trục khuỷa nên khi đó nếu trục khuỷa quay 2
vịng thì trục cam và trục bơm cao áp sẽ quay được 1 vịng quay.
2.2.8 .Dây đai .
Thơng số kỹ thuật của dây đai.
Mã động cơ

RHZ

Tên động cơ

DW10 ATED

Bề dày (mm)

25.4

Số răng

141

Nhà cung cấp

DAYCO

Vật liệu

HSN

2.2.9 .Hệ thống hồi lưu khi xả.
a : Sơ đồ hệ thống hồi lưu khi xả.

22


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED

12

10

13

16

17

11

9

14
15

ECU

18

8

7
19

3
1

2

4

5

6

Hình 2.11: Sơ đồ hệ thống hồi lưu khi xả.
1 : Bộ lọc khí. 2 : Cảm biến lưu lượng và cảm biến nhiệt độ khí nạp. 3 : Máy nén
kiểu tuabin. 4 : Cánh tuốc bin máy nén. 5 : Tuốc bin khí xả. 6 : Bộ tiêu âm xúc tác.
7 : Van giảm áp. 8 : Bộ điều khiển van giảm áp. 9,11 : Van điện trợ lực chân không.
10 : Bơm chân không. 12 : Van hồi lưu khí xả. 13 : Đường ống nạp. 14 : Đường
ống thải. 15 :Buồng cháy động cơ. 16 : ECU. 17 : Cảm biến áp suất khi quyển(được
tích hợp trên (ECU) 18 : Bộ trao đổi khơng khí/ khơng khí. 19 : Cảm biến áp suất
đường ống nạp
Mỗi van hồi lưu khí xả thì được dùng cho 2 ống xả. Vai trò của hệ thống EGR là
làm giảm lượng Nox trong khí xả của động cơ bằng cách cho 1 phần khí xả thích hợp
23

Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED
quay trở lại đường nạp do đó cho phép làm bẩn hỗn hợp ở 1 số chế độ công tác nhằm
làm giảm nhiệt độ cháy do đó giảm được Nox. Nox được sinh ra do sự kết hợp của ni tơ
và ơ xy trong khí nạp của động cơ dưới tác dụng của nhiệt độ cao.( 18000c).
So với động cơ xăng, động cơ diesel đốt nhiên liệu khó bay hơi hơn, nên việc
hồ trộn hỗn hợp khơng khí khơng chỉ diễn ra trong quá trình phun và bắt đầu cháy.
Kết quả là hỗn hợp kém đồng nhất. Vì vậy Sự hồi lưu khí thải là phương pháp để
làm giảm lượng NOx sinh ra mà không làm tăng nhanh lượng khói đen.. Sự hồi lưu
khí thải sẽ đưa một phần khí thải vào đường ống nạp, điều này làm giảm đi lượng
khơng khí sạch cung cấp cho mỗi xylanh có nghĩa là hàm lượng oxy giảm bởi vì khí
thải ít oxy, kết quả là quá trình đốt cháy sẽ bị kìm hãm bớt, nhiệt độ trong quá trình
cháy giảm nên làm giảm đi lượng NOx. Nếu lượng khí thải được nạp lại q nhiều
thì khói đen, CO, và HC sẽ sinh ra nhiều do thiếu oxy.
Ở động cơ DW10 ATED hệ thống hồi lưu khí xả bao gồm các cụm chi tiết sau.
Van hồi lưu khí xả 5, Bơm chân không 3, Van điện trợ lực chân không 2, ECU.
ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến lưu lượng nhiên
liệu cung cấp, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến tốc độ động cơ ....Sau khi xử lý
thơng tín nhờ những quan hệ lưu trữ trong bộ nhớ , bộ vi xử lý sẽ phát tín hiệu điều
khiển hệ thống điện trợ lực khí nén để đóng mở van hồi lưu khí xả 5 để cho 1 lượng
khí xả thích hợp quay ngược lại đường ống nạp.

b : Các chi tiết chính của hệ thống hồi lưu khí xả

24


Khảo sát hệ thống nhiên liệu common rail động cơ DW10 ATED

Hình 2.12: các chi tiết chính của hệ thống hồi lưu khí xả

20 : Cảm biến tốc độ động cơ. 22 ECU. 23 : Van hồi lưu khí xả.
24 : Van điện trợ lực chân không. 25 : Bộ lọc
1 : Bộ lọc:

27

Hình 2.13: Bộ lọc
26 : cảm biến nhiệt độ khí nạp. 27 : lưới lọc.
Bộ lọc có tác dụng lọc sạch khí nạp trước khi đưa vàn xy lanh động cơ. Trên
bộ lọc gắn 1 cảm biến nhiệt độ khí nạp và bộ lọc có lưới lọc rất mỏng để đảm bảo
chỉ cho phép 1 lượng khí phù hợp đi qua để vào đường ống nạp.
Bộ lọc gồm hai thành phần đó là : điện trở nhiệt và ôm kế (NTC). ECU sẽ
luôn giữ lưới lọc ở nhiệt độ cố định bởi điện trở nhiệt. Khi dòng khí đi qua lưu
lượng kế đồng thời làm mát lưới lọc thì giá trị ơm kế sẽ thay đổi lúc này ECU sẽ
25