Đề tài Nghiên cứu các hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ Diezel điện tử

hác nhau. Loại van xả áp thông thường áp dụng cho bơm một piston hướng trục có cấu tạo thành hai phần: Van chính và van điều khiển. Cuộn dây của van điều khiển được cấp dương và điều khiển mát. Nó điều khiển bằng điện áp nguồn cơ bản của xe. Ở van chính có một tiết lưu nhỏ để thông áp suất từ khoang xylanh lên mặt trên của khoang chính tạo ra sự cân bằng lực tác động vào van chính. Như vậy van điều khiển chỉ đóng vai trò xả phần áp suất phía trên của van chính, tạo điều điện cho áp suất ở khoang xylanh đảy van chính lên mở đường xả áp suất về khoang bơm và kết thức phun. b. Hoạt động: Khi khóa điện bật ON thì cuộn dây của van điều khiển cũng được cấp điện. Để nút (bịt) đường dầu hồi phía trên van chính và như vậy quá trình phun dầu xảy ra bình thường. Đến khi cần kết thúc phun thì ECU sẽ cắt điện ở cuộn dây van điều khiển, lò xo điều khiển sẽ đẩy lõi thép của van điều khiển và mở thông khoang trên của van chính với khoang xylanh. Hình 16 : Hoạt động của SPV loại thông thường 3.4.2. SPV loại điều khiển trực tiếp a. Cấu tạo: Hình 17 : SPV loại điều khiển trực tiếp SPV loại trược tiếp gồm có: Một cuộn dây, một van điện từ và một lò xo Trái ngược với SPV loại thông thường, lọa SPV hoạt động trực tiếp thích hợp dùng cho máy bơm có áp suất cao, với các đực điểm là mức độ thích ứng và lưu lượng phun cao. Hơn nữa, các tín hiệu từ ECU được khuyếch đại bằng EDU để vận hành van ở mức điện áp cao khoảng 160 ÷ 190 (V) khi van đóng. Sau đó, van vẫn ở trạng thái đóng khi điện áp giảm thấp xuống. b. Hoạt động Khi khóa điện được bật ON thì EDU sẽ cấp cho cuộn dây của van điện một điện áp khoảng 160 ÷190 (V) và ngay sau đó nó duy trì điện áp trên cuộn dây khoảng 60 ÷ 80(V). Khi đó, lõi thép của van sẽ bị từ trường của cuộn dây hút mạnh và làm cho van đóng chặt cửa hồi dầu. Đảm bảo quá trình phun nhiên liệu xảy ra bình thường. Khi muốn kết thúc phun thì tín hiệu từ ECU thông qua EDU điều khiển cắt điện ở cuộn dây van xả áp, lò xo sẽ đẩy lõi thép đi lên, đồng thời áp lực dầu ở khoang xylanh đẩy phần van để mở đường dầu xả về khoang bơm làm mất áp suất phun. Hình18 : Hoạt động của SPV loại trực tiếp 3.4.3. Máy bơm piston hướng trục và van xả áp SPV Hình 19 : Van SPV ở máy bơm piston hướng trục Hoạt động: - Hành trình nạp: SPV đóng lại, piston chuyển động sang trái. Khí đó nhiên liệu được hút vào buồng bơm. - Phun : SPV đóng lại. Piston chuyển động sang phải, áp suất nhiên liệu tăng lên và nhiên liệu được bơm đi. - Kết thúc phun: SPV mở ra, do nhiên liệu giảm nên áp suất cũng giảm xuống. Quá trình phun kết thúc. Khi các điều kiện ngắt nhiên liệu được thực hiên, áp suất không tăng lên do SPV vẫn đang trong trạng thái mở. 3.4.4 Máy bơm piston hướng kính và van xả áp SPV: Hình 20 : Van SPV ở máy bơm piston hướng kính Hoạt động: - Hành trình nạp: SPV mở ra, các con lăn và piston mở rộng, hút nhiên liệu vào trong buồng bơm. - Áp suất tăng: SPV đóng lại. các con lăn và piston thu lại làm cho áp suất tăng. - Phun : SPV đóng lại, Roto quay và nối với cổng bơm và cổng phân phối cảu Roto để bơm nhiên liệu đi. - Kết thúc phun: SPV mở ra, do lượng nhiên liệu giảm nên áp suất cũng giảm xuống. Quá trình phun kết thúc. Khi các điều kiện thỏa mãn để cắt nhiên liệu, áp suất không tăng lê do SPV vẫn đang trong trạng thái mở. 3.5 Van điều khiển thời điểm phun TCV 3.5.1 Cấu tạo Cấu tạo chính của TCV gồm : Lõi Stator, lò xo hồi vị và lõi chuyển động. Điện trở cuộn dây ở 20 là 10 Hình 21 : Van TCV Hình22 : Cấu trúc bộ định thời điểm phun 3.5.2 Sự vận hành của bộ định thời của máy bơm Piston hướng trục Van TCV được điều khiển bằng tỷ lệ hiệu dụng ( tỷ lệ theo chu kỳ làm việc ) thời gian tắt/ bật của dòng điện chạy qua cuộn dây. Khi điện bật, độ dài thời gian mở van sẽ điều khiển áp suất nhiên liệu trong piston của bộ định thời. Hình 23 : Nguyên lý hoạt động TCV Khi ECU cấp điện cho cuộn dây, dưới tác dụng của lực từ lõi bị hút về bên phải mở đường dầu thông giữa hai buồng áp lực của bộ định thời . Khi ECU ngừng cung cấp điện, dưới tác dụng của lực lò xo lõi dịch chuyển về bên trái đóng đường dầu thông giữa hai buồng áp lực. a. Làm sớm thời điểm phun : Khi độ dài thời gian mở van rút ngắn lại ( tỷ lệ của dòng điện đang sử dụng thấp ), thì lượng nhiên liệu đi tắt giảm xuống. Do đó, Piston của bộ định thời chuyển động sang trái làm xoay vòng con lăn theo chiều làm làm sớm thời điểm phun. Hình 24 : Làm sớm thời điểm phun Làm muộn thời điểm phun : Khi độ dài thời gian mở van dài ( tỷ lệ của dòng điện đang được sử dụng cao), thì lượng nhiên liệu đi tắt tăng lên. Do đó, piston của bộ định thời chuyển sang phải do lực của lò xo để làm quay vành con lăn theo hướng làm muộn thời điểm phun. Hình 25 : Làm muộn thời điểm phun 3.5.3. Sự vận hành của bộ định thời máy bơm piston hướng kính Hình 26 : Bộ định thời của máy bơm piston hướng kính Van TCV được điều khiển bằng tỷ lệ hiệu dụng ( tỷ lệ theo chu kỳ làm việc ) thời gian tắt/ bật của dòng điện chạy qua cuộn dây. Khi điện bật , độ dài thời gian mở van sẽ điều khiển áp suất nhiên liệu trong piston của bộ định thời. a. Làm sớm thời điểm phun Khi độ dài thời gian mở van rút ngắn lại ( tỷ lệ của dòng điện đang được sủ dụng thấp ), thì lượng nhiên liệu đi tắt giảm xuống. Do đó, piston của bộ định thời chuyển động sang trái làm quay vành con lăn theo chiêu làm sớm thời điểm phun. b. Làm muộn thời điểm phun Khi độ dài thời gian mở van dài ( tỷ lệ của dòng điện đang được sủ dụng cao ), thì lượng nhiên liệu đi tắt tăng lên. Do đó, piston của bộ định thời chuyển sang phải do lực của lò xo làm quay vành con lăn theo chiều làm muộn thời điểm phun. II : HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ VỚI ỐNG PHÂN PHỐI 1 .KHÁI QUÁT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ VỚI ỐNG PHÂN PHỐI 1.1. Cấu tạo chung : Hình 27 : Cấu tạo động cơ Diesel điện tử với ống phân phối Vòi phun phun Ống phân phối Hình 28: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu chung của động cơ Common Rail Hệ thống Common Rail gồm các khối chức năng : Khối cấp dầu thấp áp : Thùng dầu, bơm tiếp dầu, bộ lọc dầu, ống dẫn dầu và đường dầu hồi. Khối cấp dầu cao áp : Bơm áp cao, Ống phân phối dầu cao áp đến các vòi phun ( ống rail, ống chia chung), các tyo cao áp, van an toàn và van xả áp, vòi phun. Khối cơ – điện tử : các cảm biến và tín hiệu, ECU và EDU ( nếu có), vòi phun, các van điều khiển nạp ( còn gọi là van điều khiển áp suất rail ) 1.2. Nguyên lý hoạt động Nhiên liệu được dẫn lên từ bơm tiếp dầu đặt trong bơm áp cao được nén tới áp suất cần thiết. Pittong trong bơm áp cao tạo ra áp suất phun cần thiết , áp suất này thay đổi theo tốc độ động cơ và điều kiện tải từ 20 Mpa ở chế độ không tải đến 135 Mpa ở chế độ tải cao và tốc độ vận hành cao ( trong các hệ thống Diesel điện tử thông thường thì áp suất này từ 10 đến 80 Mpa. ECU điều khiển SCV ( van điều khiển nạp ) để điều chỉnh áp suất nhiên liệu, điều chỉnh lượng nhiên liệu đi vào bơm áp cao. ECU luôn theo dõi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối bằng cảm biến áp suất nhiên liệu và thực hiện điều khiển phản hồi. 2. CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG 2.1. Bơm áp cao 2.1.1 Bơm áp cao loại 2 pittong ( HP3) a. Cấu tạo Hình 29 : Cấu tạo bơm áp cao loại 2 pitton 1. Van hút 2. Pittong 3. Cam không đồng trục 4. SCV ( Van điều khiển nạp ) 5. Van phân phối 6. Bơm cấp liệu b. Nguyên lý vận hành Píttông B dẫn nhiên liệu vào trong khi pittông A bơm nhiên liệu ra. Do đó, píttông A và B lần lượt hút nhiên liệu từ bơm cấp liệu vào khoang cao áp và bơm nhiên liệu ra ống phân phối. Việc quay của cam lệch tâm làm cho cam vòng quay với một trục lệch. Cam vòng quay và đẩy một trong hai pittông đi lên trong khi đẩy pittông kia đi xuống hoặc ngược lại đối với hướng đi xuống. Piston B bị đẩy xuống để nén nhiên liệu và chuyển nó vào ống phân phối khi píttông A bị kéo xuống để hút nhiên liệu vào. Ngược lại, khi pittông A được đẩy lên để nén nhiên liệu và dẫn nó đến ống phân phối thì pittông B được kéo lên để hút nhiên liệu lên. Hình 30: Nguyên lý tạo áp suất trong bơm áp cao 2 pitton c. Bơm cấp liệu Hình 31 : Bơm cấp liệu kiểu bánh răng lồng vào nhau 1. Rô to ngoài 2. Rô to trong 3. Bộ phận hút 4. Bộ phận xả 5. Dầu từ thùng dầu vào 6. Dầu đến bơm cao áp 2.1.2 Bơm áp cao loại 3 pitton a. Cấu tạo Hình 32 : Cấu tạo bơm áp cao loại 3 pitton 1. Trục lệch tâm 6. Bơm cấp liệu 2. Cam lệch tâm 7. PCV- Van ĐK nạp 3. Piston bơm 8. Đường dầu hồi 4. Van nạp 9.Dầu hồi về từ ống rail 5. Lò xo hồi vị 10.Đường dầu đến ống rail b. Nguyên lý vận hành Nguyên lý của bơm cao áp dùng có ba píttông như được mô tả và gửi nhiên liệu vào ống phân phối bằng cách lần lượt hút vào và bơm ra. Bơm áp cao điều khiển lượng nhiên liệu dẫn vào pittông bằng PCV (van nam châm tỉ lệ), nó có các chức năng giống như của SCV (van điều khiển hút). Hình 33 : Nguyên lý tạo áp suất trong bơm áp cao 3 pittong c. Bơm cấp liệu Hình 34 : Bơm cấp liệu kiểu bánh răng ăn khớp 1. Đường dầu vào từ bình nhiên liệu 2.Đường dầu ra khoang cao áp 2.1.3 Bơm áp cao loại 4 pitton a. Cấu tạo Hình 35 : Cấu tạo bơm áp cao loại 4 pitton( Dùng cho động cơ 2KD-FTV) 1. SCV 4. Cam lệch tâm 2. Van một chiều 5. Van phân phối 3. Pittong Nhiên liệu được nạp bởi bơm cấp liệu sẽ di chuyển qua SCV và van một chiều, và được nén bởi pítttông và được bơm qua van phân phối đến ống phân phối. 2.2 Ống phân phối Ống phân phối chứa nhiên liệu sáp suất cao được tạo ra bởi bơm cao áp, và phân phối nhiên liệu đó qua các ống phun tới các vòi phun của xi lanh Cảm biến áp suất nhiên liệu phát hiện áp suất trong ống phân phối và truyền tín hiệu tới ECU. Trong trường hợp hệ thống bị trục trặc, trong đó áp suất trong ống phân phối lên cao tới mức không bình thường thì van này mở và xả áp suất. Nhiên liệu được hồi về bình nhiên liệu. Hình 36 : Cấu tạo ống phân phối 2.2.1 Bộ hạn chế áp suất Bộ hạn chế áp suất không hoạt động Bộ hạn chế áp suất hoạt động Hình 37 : Hoạt động của bộ hạn chế áp suất Bộ hạn chế áp suất được vận hành cơ khí thông thường để xả áp suất trong trường hợp áp suất trong ống phân phối lên cao tới mức không bình thường. 2.2.2 Van xả áp ( Bộ điều chỉnh áp suất ) Hình 38 : Hoạt động của bộ điều chỉnh áp suất. ơ Khi áp suất nhiên liệu của ống phân phối cao hơn áp suất phun mong muốn thì van xả áp suất nhận được một tín hiện từ ECU động cơ để mở van và hồi nhiên liệu ngược về bình nhiên liệu để cho áp suất nhiên liệu có thể trở lại áp suất phun mong muốn. 2.3 Van điều khiển hút . (SCV) Có nhiều cách gọi van điều khiển hút tùy thuộc vào từng hãng : Toyota : SCV ( ) Bosch : PCV ( Pressure control vale ) Delphi : IMV ( Inlet Metering Vale ) Nhiên liệu được nạp bởi bơm cấp liệu sẽ di chuyển qua SCV và van một chiều, và được nén bởi pítttông và được bơm qua van phân phối đến ống phân phối. SCV hoạt động dưới sự điều khiển theo chu kỳ làm việc của ECU. Đồng thời, việc điều khiển dòng điện được thực hiện để hạn chế dòng điện truyền trong quá trình bật lên “ON”, vì vậy ngăn ngừa cho cuộn dây trong SCV không bị hư hỏng. Để điều chỉnh việc tạo áp ra suất nhiên liệu, thì lượng nhiên liệu đi vào bơm cao áp được điều chỉnh bằng cách thay đổi thời gian mở /đóng của SCV Hình 39 : Hoạt động của SCV 2.4 Vòi phun Các tín hiện từ ECU được khuếch đại bởi EDU để vận hành vòi phun. Điện áp cao được sử dụng đặc biệt khi van được mở để mở vòi phun. Lượng phun và thời điểm phun được điều khiển bằng cách điều chỉnh thời điểm đóng và mở vòi phun tương tự như trong hệ thống EFI của động cơ xăng. 2.4.1 Cấu tạo Vòi phun của Common rail khác với vòi phun của hệ thống nhiên liệu Diesel thông thường ở chỗ gồm 2 phần : + Phần trên là một van điện tử được điều khiển từ ECU hoặc EDU + Phần dưới là phần vòi phun cơ khí nhưng cũng rất khác vơí vòi phun thông thường: Đó là lò xo rất cứng của vòi phun thông thường được thay bằng một chốt tỳ khá dài ( dài nhất của vòi phun). Để đóng chặt kim phun thì phải cấp áp suất rail vào khoang chốt tỳ . Khoang chốt tỳ có 2 van tiết lưu : + Tiết lưu số 1 : Thông với reco tyo cao áp từ ống phân phối đến + Tiết lưu số 2 : Thông với khoang của van điện ( để nếu van điện mở thì áp suất ở khoang chốt tỳ sẽ xả về đường dầu hồi ). Hình 40 : Cấu tạo vòi phun 1. Van ngoài 6. Van trong 2.Tiết lưu 2 7. Đường dầu hồi 3. Tiết lưu 1 8. Khoang chốt tỳ 4. Đường dầu từ ống phân phối 9.Lò xo hồi vị 5. Chốt tỳ 10.Kim phun 2.4.2 Hoạt động Khi động cơ khởi động bơm áp cao sẽ nén dầu đến áp suất rail cấp vào ống phân phối và từ ống phân phối thông qua các tyo cao áp cấp điện đến các vòi phun chờ sẵn. Ở đường vào của vòi phun thì dầu cao áp chia thành 2 hướng: + Hướng 1 : Cấp xuống khoang kim phun + Hướng 2 : Thông qua van tiết lưu 1 được cấp vào khoang chốt tỳ Trường hợp không phun : Nếu lúc này ECU chưa cấp xung điều khiển vào van điện của vòi phun thì lò xo van điện đẩy van ngoài xuống đóng kín đường dầu hồi ở khoang chốt tỳ . Do đó áp suất rail phía trên chốt tỳ sẽ tạo áp lực đè chặt kim phun không cho vòi phun dầu. Trường hợp phun : Nếu ECU cấp xung điều khiển vào van điện tạo từ trường hút van ngoài và mở đường hồi dầu làm mất áp suất đè chốt tỳ. Khi đó áp suất rail ở khoang kim phun sẽ đẩy kim phun cùng chốt tỳ đi lên để phun dầu vào buồng cháy động cơ Khi kết thúc xung điều khiển phun thì lò xo ở van điện đẩy van ngoài đóng đường dầu hồi. Lúc này dầu ở áp suất rail lại thông qua tiết lưu 1 để cấp vào khoang chốt tỳ tạo áp lực đè chặt kim phun kết thúc hành trình phun. 2.4..3 Điện trở vòi phun Hình 41 : Điện trở vòi phun Với cùng một khoảng thời gian phun, sự không khớp cơ khí vẫn đang gây ra sự khác biệt về lượng phun của mỗi vòi phun. Để đảm bảo cho ECU hiệu chỉnh những sự không khớp đó các vòi phun được bố trí một điện trở điều chỉnh đối với từng vòi phun Trên cơ sở thông tin nhận được từ mỗi điện trở điều chỉnh ECU sẽ hiệu chỉnh sự không khớp về lượng phun giữa các vòi phun. Những điện trở điều chỉnh đó được cung cấp để tạo cho ECU khả năng nhận biết các vòi phun, và chúng không được nối vào mạch vòi phun. III . HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ VỚI BƠM - VÒI PHUN KẾT HỢP 1. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ EUI ( Electronic Unit Injection ) 1.1 Khái quát Hình 42: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EUI 1. Thùng dầu 4. Bầu lọc tinh 2. Bầu lọc thô 5. Các vòi phun 3. Bơm chuyển nhiên liệu 6. ECM 7. Các cảm biến Mặc dù được giới thiệu vào cuối những năm 80, nhưng hệ thống nhiên liệu EUI đã đạt được những thành tựu nhất định về mặt cấu tạo, nâng cao tính năng làm việc và độ tin cậy. EUI còn là tiền đề cho hệ thống nhiên liệu HEUI – Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector – (Tác động thủy lực, điều khiển điện tử )sau này. Hệ thống nhiên liệu EUI có 5 bộ phận cấu thành: - Các vòi phun EUI: Tạo ra áp suất phun tới 207000 kPa (30.000 psi) và ở tốc độ định mức nó phun tới 19 lần/s; - Bơm chuyển nhiên liệu: Cung cấp nhiên liệu cho các vòi phun bằng cách hút nhiên liệu từ thùng chứa và tạo ra một áp suất từ 60-125 psi; - Mô-đun điều khiển điện tử (ECM – Electronic Control Module): Là một máy vi tính công suất lớn điều khiển các hoạt động chính của động cơ; - Các cảm biến: Là những thiết bị điện tử kiểm soát các thông số của các động cơ: như nhiệt độ, áp suất, tốc độ… và cung cấp các thông tin cho ECM bằng một điện thế tín hiệu. - Các thiết bị tác động: Là những thiết bị điện tử sử dụng các cường độ dòng điện từ ECM để làm việc hoặc thay đổi hoạt động của động cơ. Ví dụ thiết bị tác động vòi phun là công tắc điện từ. 1.2 Hệ thống dẫn động phun Hình 43 : Sơ đồ dẫn động hệ thống nhiên liệu vòi phun điện tử 1. Ê cu điều chỉnh 4. Đũa đẩy 2. Cụm cò mổ 5. Trục cam 3. Vòi phun Vòi phun tạo ra áp suất nhiên liệu. Lượng nhiên liệu thích hợp được phun vào xi lanh ở những thời điểm chính xác. Môdun điều khiển điện tử ECM (Electronic Control Module) xác định thời điểm phun và lượng nhiên liệu cần phun. Vòi phun được dẫn động bởi vấu cam và cơ cấu đòn gánh. Trục cam có ba vấu cam cho mỗi xi lanh. Hai vấu dẫn động van nạp và van xả, còn một vấu dẫn động cơ cấu vòi phun. Lực được truyền từ vấu cam dẫn động vòi phun trên trục cam qua con đội đến đũa đẩy. Lực của đũa đẩy được truyền qua cơ cấu cụm cò mổ và tới đỉnh vòi phun. Ecu điều chỉnh cho phép điều chỉnh vòi phun 1.3 Cấu tạo của vòi phun Hình 44 : Các bộ phận chính của vòi phun 1. Van ĐK điện từ 4. Xi lanh 2. Xi lanh ép 5. Cụm vòi phun 3. Pittong Lông giơ 1.4 Hoạt động của vòi phun Hoạt động của vòi phun điện tử EUI bao gồm 4 giai đoạn sau: Trước khi phun, Phun, Kết thúc phun và nạp nhiên liệu. Các vòi phun dùng pít tông lông-giơ và xi lanh để bơm nhiên liệu áp suất cao vào buồng đốt. Các bộ phận của vòi phun bao gồm công tắc điện từ, xi lanh ép, pít tông lông-giơ, xi lanh và cụm đầu vòi phun. Các chi tiết của cụm đầu phun gồm lò xo, kim phun và một đầu phun. Van ống bao gồm các bộ phận: Công tắc điện từ, phần ứng, van đĩa và lò xo van đĩa. Vòi phun được lắp vào lỗ vòi phun trên mặt quy lát có đường cấp liệu thống nhất. Ống lót vòi phun cách ly nó với chất làm mát động cơ và áo nước. Một số động cơ sử dụng ống lót làm bằng thép không rỉ được ép nhẹ vào mặt quy lát \Nạp nhiên liệu Phun nhiên liệu Hình 45 : Các giai đoạn hoạt động của vòi phun Trước khi phun: Việc tạo sương mù trước khi phun bắt đầu với pít tông lông-giơ và xi lanh ép của vòi phun ở trên đỉnh của hành trình phun nhiên liệu. Khi rãnh của pít tông lông-giơ đầy nhiên liệu, van trụ và van kim ở vị trí mở. Nhiên liệu ra khỏi rãnh của pít tông lông-giơ khi cơ cấu đòn gánh đẩy xi lanh ép và pít tông lông-giơ đi xuống. Dòng nhiên liệu bị van kim đóng chặn lại sẽ chảy qua van trụ mở về đường cấp nhiên liệu trong mặt quy lát. Nếu công tắc điện từ có điện, van trụ tiếp tục mở và nhiên liệu từ pít tông lông giơ tiếp tục chảy vào đường cấp nhiên liệu. Phun: Để bắt đầu phun, ECM gửi một dòng điện tới công tắc điện từ trên van ống. Công tắc điện từ tạo ra từ trường để hút phần ứng. Khi công tắc điện từ hoạt động, bộ phần ứng sẽ nâng van trụ do đó van trụ tiếp xúc với đế van. Đây là vị trí đóng. Ngay khi van trụ đóng, đường dẫn nhiên liệu đi vào trong rãnh Pít tông long-giơ bị đóng. Pít tông long-giơ tiếp tục nén nhiên liệu từ rãnh Pít tông long-giơ và làm áp suất nhiên liệu tăng lên. Khi áp suất nhiên liệu đạt khoảng 34.500kPa (5000 psi), lực của nhiên liệu áp suất cao thắng được lực căng của lò xo. Lực căng này giữ vòi phun ở vị trí đóng. Kim phun di chuyển cùng đế van lên trên và nhiên liệu được phun ra ngoài. Đây là sự bắt đầu phun. Kết thúc phun: Sự phun vẫn tiếp tục khi Pít tông long-giơ di chuyển xuống dưới và van trụ ở vị đóng. Khi áp suất không đạt tới mức quy định, ECM dừng dòng điện tới công tắc điện từ. khi dòng điện tới công tắc điện từ bị ngắt, van trụ mở. Van trụ được mở bởi lò xo và áp suất nhiên liệu. Khi đó, nhiên liệu áp suất cao có thể chảy qua van trụ mở và trở lại nguồn cung cấp nhiên liệu. Đó là kết quả sự giảm nhanh chóng áp suất trong vòi phun. Khi áp suất vòi phun giảm tới khoảng 24.000 kPa (3500 pis), vòi phun đóng và sự phun dừng lại. Đây là kết thúc phun. Nạp: Khi Pít tông long-giơ đi xuống tới dưới của xi lanh, nhiên liệu không bị ép từ rãnh Pít tông long-giơ nữa. Pít tông long-giơ bị đẩy bởi bộ phận truyền động và lò xo hồi vị. Sự dịch chuyển lên phía trên của Pít tông long-giơ là do áp suất trong rãnh Pít tông long-giơ hạ thấp hơn áp suất nguồn cung cấp nhiên liệu. Nhiên liệu chảy từ nguồn cung cấp nhiên liệu qua van trụ mở và đi vào rãnh Pít tông long-giơ và làm Pít tông long-giơ di chuyển lên trên. Khi Pít tông long-giơ đi đến đỉnh của hành trình, khoang Pít tông long-giơ chứa đầy nhiên liệu và nhiên liệu chảy vào khoang Pít tông long-giơ dừng lại. Đây là bắt đầu của chuẩn bị phun 2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ HEUI (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector) 2.1 Khái quát về hệ thống nhiên liệu Diesel HEUI Hệ thống nhiên liệu HEUI (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector- Tác động thủy lực, điều khiển điện tử) là một trong những cải tiến lớn của động cơ điezen. Nó cũng là một bộ phận trong công nghệ ACERT của hãng Carterpillar. Sự ra đời của HEUI đã thiết lập những tiêu chuẩn mới đối với động cơ về tiêu hao nhiên liệu, độ bền cũng như các tiêu chuẩn về khí thải. Hình 46 : Đặc tính áp suất phun của hệ thống nhiên liệu HEUI Công nghệ phun nhiên liệu HEUI đang thay đổi cách nghĩ của cả nhà kỹ thuật lẫn người vận hành về hiệu suất của động cơ diezen. Vượt trội hơn hẳn công nghệ phun nhiên liệu truyền thống trước đây, HEUI cho phép điều chỉnh chính xác nhiên liệu phun vào buồng cháy cả về thời gian, áp suất và lượng nhiên liệu phun mang lại hiệu suất cao cho động cơ. Công nghệ phun nhiên liệu truyền thống trước đây phụ thuộc vào tốc độ động cơ, khi tốc độ động cơ tăng thì áp suất phun cũng tăng lên, gây ảnh hưởng đến độ bền của động cơ và làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ. Áp suất phun đối với hệ thống nhiên liệu HEUI không phụ thuộc vào tốc độ động cơ, mà được điều khiển bằng điện. Vì vậy, động cơ trang bị hệ thống HEUI sẽ tiết kiệm nhiên liệu hơn và khí xả sạch hơn. Như vậy ứng dụng hệ thống nhiên liệu HEUI vào động cơ cho phép nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ, tiết kiệm nhiện liệu và giảm thiểu các tổn thất cũng như tiếng ồn của động cơ. Tuy nhiên, các thiết bị trong hệ thống nhiêu liệu HEUI có độ chính xác rất cao, nhiên liệu bẩn có thể gây mòn, thậm chí phá hỏng các chi tiết trong hệ thống. Hạt bẩn có đường kính chỉ bằng 1/5 đường kính sợi tóc đã có thể gây nguy hiểm cho hệ thống. Chính vì vậy bộ lọc giữ một vai trò rất lớn trong việc nâng cao độ bền của hệ thống. 2.2 Sơ đồ hệ thống HEUI Hình 47 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu HEUI 1. Bơm áp cao 4. Các cảm biến 2. Van điều khiển áp suất tác động phun 5. ECM 3. Cụm vòi phun 2.3 Vòi phun HEUI. 2.3.1 Cấu tạo Hình 48: Vòi phun HEUI Hình 49: Cấu tạo vòi phun HEUI Hình 50 : Quá trình phun của vòi phun HEUI 2.3.2Nguyên lý làm việc Bơm áp cao của hệ thống cấp một lượng dầu thủy lực tới van điện từ của vòi phun HEUI . Tại đây van điện từ sẽ được điều khiển mở cho dầu có áp suất cao này vào trong khoang phía dưới van hình nấm để tác động phun . Một bơm cấp liệu ( bơm dầu Diesel ) nằm trong bơm áp cao đồng thời cấp một lượng nhiên liệu có áp suất nhất định vào đường biên của cụm kim phun . Tại đây nhiên liệu có áp suất nhất định sẽ chờ sẵn ở khoang của cụm phun nằm phía dưới cần đẩy. Một phần nhiên liệu cũng được đưa xuống cụm piston tăng cường áp suất . Khi van điện từ mở, dầu áp cao sẽ được đưa vào trong khoang của van hình nấm, tạo nên một áp suất đẩy cần đẩy đi xuống. Cần đẩy ( Plunger ) đi xuống sẽ đồng thời tạo ra một áp suất thắng được sức căng của lò xo trong cụm tăng cường áp suất, đẩy nhiên liệu chờ sẵn dưới khoang cảu cần đẩy ra ngoài buồng đốt của động cơ. Khi van điện từ đóng lại, dầu cao áp ngừng cấp vào khoang van hình nấm, áp suất trên khoang van bị mất, đồng thời áp suất khoang bên dưới cần đẩy cũng giảm đột ngột, áp suất khoang phía dưới cần đẩy ko đủ để thắng sức căng của lò xo cụm tăng áp nữa, ngắt quá trình phun nhiên liệu. Ở vòi phun HEUI thì quá trình phun có cả phun mồi ( Pilot Injection ). Vòi phun là một thiết bị độc lập được điều khiển trực tiếp bởi mô dun điều khiển điện tử ECM. Dầu có áp suất từ 800 đến 3000 psi được bơm cao áp chuyển đến vòi phun. Bộ phận  pít tông lông-giơ trong vòi phun hoạt động tương tự như xi lanh thuỷ lực có tác dụng nâng áp suất dầu vào vòi phun lên đến áp suất phun ( từ 3000 đến 21000 psi ) . Van điện từ ở phía trên vòi phun nhận tín hiệu điều khiển từ ECM, qua đó điều khiển dầu bôi trơn tác động tác động vào pít tông lông-giơ để điều khiển thời điểm và lượng nhiên liệu phun. 2.4 Mô đun điều khiển điện tử (ECM – Electronic Control Modul ) Hoạt động như một máy tính điều khiển toàn bộ động cơ. ECM nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, phân tích xử lý nhờ phần mềm đã cài đặt trong bộ nhớ của ECM và đưa tín hiệu điều khiển đến van điện từ của vòi phun (1) để điều khiển thời điểm, và lượng nhiên liệu phun. Đồng thời, ECM cũng gửi tín hiệu đến van điều khiển áp suất tác động phun (4) để điều khiển áp suất dầu chuyển đến vòi phun. Do áp suất này tỉ lệ với áp suất phun, nên qua đó ECM sẽ điều khiển được áp suất phun. Như vậy ECM sẽ điều khiển được toàn bộ quá trình phun nhiên liệu phù hợp với tín hiệu do các cảm biến gửi về. 2.5 Bơm cao áp Là bơm pít tông hướng trục thay đổi lưu lượng. Dầu từ thùng dầu được hút qua các thiết bị lọc vào bơm, hoạt động của bơm sẽ làm cho áp suất dầu tăng lên đến áp suất yêu cầu và bơm dầu đến vòi phun HEUI. Bơm cao áp ở hệ thống HEUI có nhiệm vụ tạo ra áp suất cao cho dầu thủy lực( chính là dầu bôi trơn ) tác động phun để đẩy xilanh ép. ECM sẽ điều khiển dòng dầu cao áp này vào khoang ép của xilanh ép trong vòi phun. 2.6 Van điều khiển áp suất tác động phun Thông thường, áp suất do bơm cao áp tạo ra sẽ cao hơn áp suất phun, van điều khiển áp suất tác động phun sẽ xả một phần dầu trở về thùng để ổn định áp suất dầu bằng áp suất yêu cầu do tín hiệu ECM qui định. [Nhiên liệu được nạp bởi bơm cấp liệu sẽ di chuyển qua SCV và van một chiều, và được nén bởi pítttông và được bơm qua van phân phối đến ống phân phối. 2.7 Ống phân phối Ống phân phối chứa nhiên liệu sáp suất cao được tạo ra bởi bơm cao áp, và phân phối nhiên liệu đó qua các ống phun tới các vòi phun của xi lanh Cảm biến áp suất nhiên liệu phát hiện áp suất trong ống phân phối và truyền tín hiệu tới ECU. Trong trường hợp hệ thống bị trục trặc, trong đó áp suất trong ống phân phối lên cao tới mức không bình thường thì van này mở và xả áp suất. Nhiên liệu được hồi về bình nhiên liệu. Hình 36 : Cấu tạo ống phân phối IV. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC CẢM BIẾN TRONG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DISEL ĐIỆN TỬ 1. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG DIESEL ĐIỆN TỬ Hình 51 : Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử EFI- Diesel với bơm cao áp Hình 53 : Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử EFI- Diesel ống phân phối Hình 54 :Sơ đồ mạch điều khiển Động cơ ECU 1KZ- TE Hình 54 :Sơ đồ mạch điều khiển Động cơ ECU Toyota 2L TE89661 2. CÁC CẢM BIẾN Hình 54 : Sơ đồ khối các cảm biến 2.1. Vị trí các cảm biến Hình 55 : Vị trí các cảm biến trong hệ thống nhiên liệu EFI- Diesel với bơm cao áp 1. Cảm biến tốc độ 5. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 2. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 6. Cảm biến áp suất tuabin 3. Cảm biến vị trí bàn đạp ga 7. Cảm biến vị trí trục khuỷu 4. Cảm biến nhiệt độ khí nạp Hình 56 : Vị trí các cảm biến trong hệ thống nhiên liệu EFI- Diesel ống phân phối 1. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 6. Cảm biến vị trí trục cam 2. Cảm biến áp suất nhiên liệu 7. Cảm biến nhiệt độ nước 3. Cảm biến lưu lượng không khí nạp 8. Cảm biến áp suất tuabin 4. Cảm biến vị trí bàn đạp ga 9. Cảm biến vị trí trục khuỷu 5. Cảm biến nhiệt độ khí nạp 2.2 Cấu tạo và hoạt động của các cảm biến 2.2.1 Cảm biến bàn đạp ga Hình 57 : Cảm biến vị trí bàn đạp ga Có hai kiểu cảm biến bàn đạp ga : - Cảm biến vị trí bàn đạp ga, nó tạo thành một cụm cùng với bàn đạp ga. Cảm biến này là loại có một phần tử Hall, nó phát hiện góc mở của bàn bàn đạp ga. Một điện áp tương ứng với góc mở của bàn đạp ga có thể phát hiện được tại cực tín hiện ra. - Cảm biến vị trí bướm ga, nó được đặt tại họng khuyếch tán và là loại sử dụng một biến trở. Hình 58 : Cảm biến vị trí bướm ga 2.2.2 Cảm biến tốc độ động cơ. Hình 59 : Cảm biến tốc độ động cơ Cảm biến tốc độ động cơ được lắp trong bơm cao áp. Nó gồm có một rôto được lắp ép lên một trục dẫn động, và một cảm biến( là 1 cuộn dây). Điện trở của cuộn dây ở C là 205 – 255. Các tín hiệu điện được tạo ra trong cảm biến (cuộn dây) phù hợp với sự quay của rôto. Hình 60 : Quan hệ giữa sự quay của rôto và dạng sóng sinh ra - ECU sẽ đếm số lượng xung để phát hiện ra tốc độ động cơ. - Rôto tạo nửa vòng quay đối với mỗi vòng quay của động cơ. - ECU sẽ phát hiện góc tham khảo này từ phần răng sóng bị mất, mà răng này được bố trí trên chu vi của rôto. 2.2.3 Cảm biến vị trí trục khuỷu. Hình 61 : Cảm biến vị trí trục khuỷu Cảm biến vị trí trục khuỷu được lắp lên thân máy. Nó phát hiện vị trí tham khảo của góc trục khuỷu dưới dạng tín hiệu TDC. Cảm biến vị trí trục khuỷu kiểu ống phân phối tạo ra các tín hiệu tốc độ động cơ (NE). Nó phát hiện góc trục khuỷu trên cơ sở các tín hiệu NE đó. Hoạt động : Một xung được tạo ra khi phần nhô ra lắp trên trục khuỷu đi đến gần cảm biến do sự quay của trục khuỷu. Một xung được tạo ra đối với mỗi vòng quay của trục khuỷu và nó được phát hiện dưới dạng một tín hiệu vị trí tham khảo của góc trục khuỷu. 2.2.4 Cảm biến vị trí trục cam. Hình 62: Cảm biến vị trí trục cam Cảm biến vị trí trục cam sử dụng trên một số động cơ thay cho vị trí tham khảo góc quay của trục khuỷu được phát hiện dưới dạng một tín hiệu G. Cảm biến vị trí trục cam sử dụng một phần từ Hall. Trigơ định giờ trên bánh răng phối khí sẽ phát hiện vị trí của trục cam bằng việc phát ra một tín hiệu đối với hai vòng quay của trục khuỷu. 2.2.5 Cảm biến áp suất tuabin. Cảm biến áp suất tăng áp tua-bin được nối với đường ống nạp qua một ống mềm dẫn không khí và một VSV, và phát hiện áp suất đường ống nạp (lượng không khí nạp vào). Hình 63 : Cảm biến áp suất tuabin 2.2.6 Cảm biến nhiệt độ. Hình 64 : Cảm biến nhiệt độ Có 3 kiểu cảm biến nhiệt độ được sử dụng để điều khiển EFI- Diesel: - Cảm biến nhiệt độ nước được lắp trên thân máy để phát hiện nhiệt độ của nước làm mát động cơ. - Cảm biến nhiệt độ khí nạp được lắp lên ống nạp của động cơ để phát hiện nhiệt độ của không khí nạp vào. - Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu được lắp lên bơm và phát hiện nhiệt độ của nhiên liệu. ơ Hình 65 : Cấu tạo và đặc tính của cảm biến nhiệt độ Mỗi kiểu cảm biến nhiệt độ đều có một nhiệt điện trở lắp bên trong, giá trị điện trở của nó thay đổi theo nhiệt độ và đặc tính của nó được mô tả trong biểu đồ. 2.2.7 Cảm biến áp suất nhiên liệu. Cảm biến áp suất nhiên liệu sử dụng trong điezen kiểu ống phân phối phát hiện áp suất của nhiên liệu trong ống phân phối. Trên cơ sở các tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiên liệu, ECU sẽ điều khiển SCV (van điều khiển hút) để tạo ra áp suất quy định phù hợp với các điều kiện lái xe. [ Hình 66 : Cảm biến áp suất nhiên liệu 2.2.8 Cảm biến lưu lượng khí nạp. Hình 67 : Cảm biến lưu lượng khí nạp Một cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy được sử dụng trong diezen EFI kiểu ống phân phối để phát hiện lượng không khí nạp vào. 3. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM ECU( Electric Control Unit ) 3.1 Khái quát về ECU Hình 68 : Khái quát ECU Về mặt điều khiển điện tử, vai trò của ECU là xác định lượng phun nhiên liệu, định thời điểm phun nhiên liệu và lượng không khí nạp vào phù hợp với các điều kiện lái xe, dựa trên các tín hiện nhận được từ các cảm biến và công tắc khác nhau. Ngoài ra, ECU chuyển các tín hiệu để vận hành các bộ chấp hành. Đối với hệ thống EFI-diesel thông thường và hệ thống EFI-diesel ống phân phối. 3.1.1 Đối với hệ thống EFI – Diesel thông thường Hình 69 : Khi động cơ chưa làm việc Hình 70 : ECU tiếp nhận các tín hiệu gửi từ các cảm biến và xử lý để điều khển lượng phun Hình 71 : ECU tiếp nhận các tín hiệu gửi từ các cảm biến và xử lý để điều khiển thời điểm phun 3.1.2 Đối với hệ thống EFI – Diesel ống phân phối Hình 72: Khi động cơ chưa làm việc Hình 73: ECU tiếp nhận các tín hiệu gửi từ các cảm biến và xử lý để điều khển lượng phun [ Hình 74 : ECU tiếp nhận các tín hiệu gửi từ các cảm biến và xử lý để điều khiển thời điểm phun 3.2 Xác định lượng phun ECU thực hiện ba chức năng để xác định lượng phun : - Tính toán lượng phun cơ bản. - Tính toán lượng phun tối đa. - Điều chỉnh lượng phun. - So sánh lượng phun cơ bản và lượng phun tối đa. 3.2.1 Tính toán lượng phun cơ bản. Việc tính toán lượng phun cơ bản được thực hiện trên cơ sở các tín hiệu tốc độ động cơ và lực bàn đạp tác động lên bàn đạp ga Hình 75 : ECU tính toán lượng phun cơ bản 3.2.2 Tính toán lượng phun tối đa. Hình 76 : ECU tính toán lượng phun tối đa Việc tính toán lượng phun tối đa được thực hiện trên cơ sở các tín hiệu từ cảm biến tốc độ động cơ ( Cảm biến NE ), cảm biến nhiệt độ nước, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu và áp suất tua-bin. Đối với EFI-diesel kiểu ống phân phối, các tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiên liệu cũng được sử dụng. ECU so sánh lượng phun cơ bản đã tính toán và lượng phun tối đa và xác định lượng nhỏ hơn làm lượng phun. 3.2.3 Điều chỉnh lượng phun. Hình 77: ECU điều chỉnh áp suất và nhiệt độ khí nạp Điều chỉnh áp suất không khí nạp vào: Lượng phun được điều chỉnh phù hợp với áp suất không khí nạp vào (lưu lượng). Điều chỉnh nhiệt độ không khí nạp vào Tỉ trọng của không khí nạp vào (lượng không khí) thay đổi phù hợp với nhiệt độ không khí nạp vào. (Nhiệt độ không khí nạp vào thấp → điều chỉnh tăng lượng phun) Điều chỉnh nhiệt độ nhiên liệu: Nhiệt độ nhiên liệu cao → điều chỉnh tăng lượng phun Điều chỉnh động cơ lạnh: Nhiệt độ nước làm mát thấp → điều chỉnh tăng lượng phun Điều chỉnh áp suất nhiên liệu: Trong diezen kiểu ống phân phối những thay đổi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối được phát hiện trên cơ sở các tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiên liệu. Nếu áp suất nhiên liệu thấp hơn áp suất dự định thì thời gian mở vòi phun sẽ được kéo dài. Hình 78: ECU hiệu chỉnh nhiệt độ nhiên liệu 3.2.4 So sánh lượng phun cơ bản và lượng phun tối đa. Hình 79 : ECU so sánh lượng phun cơ bản và lượng phun tối đa [ So sánh lượng phun cơ bản và lượng phun tối đa : Sự khác biệt trong lượng phun thực tế của diezen EFI thông thường được tạo ra do sự không ăn khớp cơ khí xảy ra đối với các bơm, sẽ được điều chỉnh. Xác định thời điểm phun. ECU thực hiện các chức năng sau để xác định thời điểm phun: Đối với EFI – Diesel thông thường: Xác định thời điểm phun mong muốn Xác định thời điểm phun thực tế So sánh thời điểm phun mong muốn và thời điểm phun thực tế Đối với EFI – Diesel ống phân phối: So sánh thời điểm phun mong muốn và thời điểm phun thực tế 3.2.5 Xác định thời điểm phun mong muốn ( EFI – Diesel thông thường ) Thời điểm phun mong muốn được xác định bằng cách tính thời điểm phun cơ bản thông qua tốc độ động cơ và góc mở bàn đạp ga và bằng cách thêm giá trị điều chỉnh trên cơ sở nhiệt độ nước, áp suất không khí nạp và nhiệt độ không khí nạp vào. Hình 80 : ECU xác định thời điểm phun mong muốn [ Thời điểm phun mong muốn được xác định bằng cách tính thời điểm phun cơ bản thông qua tốc độ động cơ và góc mở bàn đạp ga và bằng cách thêm giá trị điều chỉnh trên cơ sở nhiệt độ nước, áp suất không khí nạp và nhiệt độ không khí nạp vào. 3.2.6 Xác định thời điểm phun thực tế ( EFI – Diesel thông thường ) Việc phát hiện thời điểm phun thực tế được thực hiện thông qua tính toán trên cơ sở các tín hiêụ tốc độ động cơ và vị trí trục khuỷu. Đối với việc điều khiển lượng phun, những sự không khớp suất hiện trong điều khiển thời điểm phun giữa các bơm sẽ được điều chỉnh thông qua sử dụng một điện trở hiệu chỉnh hoặc một ROM hiệu chỉnh. Hình 81: ECU phát hiện thời điểm phun Đĩa cam và rôto (tạo ra tín hiệu NE của cảm biến tốc độ động cơ) quay cùng với nhau. Do đó, ECU có thể phát hiện được thời điểm khi pittông chuyển động và sự phun thực tế xảy ra do vị trí của tín hiệu NE. Về sự không khớp pha xảy ra giữa thời điểm phun thực tế và tín hiệu NE do những sai sót riêng của các bơm người ta sử dụng một điện trở điều chỉnh để hiệu chỉnh và nhận biết nó như một vị trí chuẩn. So sánh tín hiệu NE và tín hiệu TDC của biến cảm góc quay của trục khuỷu và tính toán thời điểm phun liên quan đến góc của trục khuỷu động cơ cũng như thời điểm phun thực tế. 3.2.7 So sánh thời điểm phun mong muốn và thời điểm phun thực tế ( EFI – Diesel thông thường ) Hình 82: ECU so sánh thời điểm phun ECU so sánh thời điểm phun mong muốn và thời điểm phun thực tế và chuyển các tín hiệu thời điểm phun sớm và thời điểm phun muộn tới van điều khiển thời điểm phun sao cho thời điểm phun thực tế và thời điểm phun mong muốn khớp với nhau. 3.2.8. So sánh thời điểm phun mong muốn và thời điểm phun thực tế ( EFI – Diesel ống phân phối ) Hình 83 : ECU so sánh thời điểm phun Như đối với EFI- diezen thông thường, thời điểm phun phun cơ bản của EFI-diesel kiểu ống phân phối được xác định thông qua tốc độ động cơ và góc mở bàn đạp ga và bằng cách thêm một giá trị điều chỉnh dựa trên cơ sở nhiệt độ nước và áp suất không khí nạp (lưu lượng). ECU sẽ gửi các tín hiệu phun tới EDU và làm sớm hoặc làm muộn thời điểm phun để điều chỉnh thời điểm bắt đầu phun. 3.3 Điều khiển lượng phun khi khởi động. Lượng phun khi khởi động được xác định bằng việc điều chỉnh lượng phun cơ bản phù hợp với các tín hiệu ON của máy khởi động (thời gian ON) và các tín hiệu của cảm biến nhiệt độ nước làm mát Khi động cơ nguội, nhiệt độ nước làm mát sẽ thấp hơn và lượng phun sẽ lớn hơn. Để xác định rằng thời điểm bắt đầu phun đã được điều chỉnh phù hợp với tín hiệu của máy khởi động, nhiệt độ nước và tốc độ động cơ. Khi nhiệt độ nước thấp, nếu tốc độ động cơ cao thì điều chỉnh thời điểm phun sẽ sớm lên. Hình 84: Điều chỉnh lượng phun 3.4 Điều khiển gián đoạn phun. 3.4.1 Phun ngắt quãng Hình 85 : ECU điều khiển phun ngắt quãng Một bơm pittông hướng kích thực hiện việc phun ngắt quãng (phun hai lần) khi khởi động, động cơ ở nhiệt độ quá thấp (dưới -100) để cải thiện khả năng khởi động và giảm sự sinh ra khói đen và khói trắng 3.4.2. Phun trước ( phun mồi ) Hình 86 : ECU điều khiển phun trước EFI-diesel kiểu ống phân phối có sử dụng phun trước. Trong hệ thống phun trước một lượng nhỏ nhiên liệu được phun đầu tiên trước khi việc phun chính được thực hiện. Khi việc phun chính bắt đầu thì lượng nhiên liệu được bắt lửa làm cho nhiên liệu của quá trình phun chính được đốt đều và êm. 3.5 Điều khiển tốc độ không tải Hình 87 : ECU điều khiển tốc độ không tải Dựa trên các tín hiệu từ các cảm biến, ECU tính tốc độ mong muốn phù hợp với tình trạng lái xe. Sau đó, ECU so sánh gía trị mong muốn với tín hiệu (tốc độ động cơ) từ cảm biến tốc độ động cơ và điều khiển bộ chấp hành (SPV/ vòi phun) để điều khiển lượng phun nhằm điều chỉnh tốc độ không tải. ECU thực hiện điều khiển chạy không tải (để cải thiện hoạt động làm ấm động cơ) trong quá trình chạy không tải nhanh khi động cơ lạnh, hoặc trong quá trình hoạt động của điều hoà nhiệt độ/ bộ gia nhiệt. Ngoài ra, để ngăn ngừa sự giao động tốc độ không tải sinh ra do sự giảm tải động cơ khi công tắc A/C được tắt, và lượng phun được tự động điều chỉnh trước khi tốc độ động cơ dao động 4. EDU EDU là một thiết bị phát điện cao áp. Được lắp giữa ECU và một bộ chấp hành, EDU khuếch đại điện áp của ắc quy và trên cơ sở các tín hiệu từ ECU sẽ kích hoạt SPV kiểu tác động trực tiếp trong EFI-diesel thông thường, hoặc phun trong hệ thống kiểu EFI-diesel có ống phân phối. Hình 88 : Tổng quan về EDU Hoạt động của EDU : - ECU → (Tín hiệu) → mạch điều khiển EDU - Mạch điều khiển EDU → (tín hiệu) → mạch tạo cao áp (khuếch đại) - Mạch tạo cao áp (khuếch đại) → (Điện áp cao) → SPV → EDU → Tiếp mát - SPV → (tín hiệu kiểm tra) → ECU Hình 89: Hoạt động ECU A. Mạch tạo ra điện áp cao B. Mạch điều khiển V. SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ HTNL DIESEL VỚI BƠM VE KIỂU CƠ KHÍ VÀ HTNL DIESEL ĐIỆN TỬ VỚI BƠM VE Qua khảo sát hai hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển bằng cơ khí bơm VE và điều khiển điện tử - cụ thể bơm cao áp VE EDC, chúng ta nhận thấy chúng có những điểm giống và khác nhau khá rõ. 1. Về kết cấu của hệ thống: 1.1 Giống nhau: Hai hệ thống này có rất nhiều điểm giống nhau về kết cấu như: + Bơm tiếp vận: Cả hai đều dùng bơm tiếp vận có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ thùng chứa qua các bình lọc dầu để cung cấp cho bơm cao áp. + Các bình lọc dầu: Cả hai hệ thống đầu sử dụng các bình lọc thô và lọc tinh gần như giống nhau. + Bơm cao áp: Bộ phận quan trọng của hai hệ thống có nhiệm vụ tạo áp lực cao cung cấp đến vòi phun có cấu tạo giống nhau – kiểu piston hướng trục vừa chuyển động tịnh tiến để tạo áp lực cao cho nhiên liệu, vừa chuyển động xoay tròn để phân phối nhiên liệu đển các vòi phun của từng xylanh. Cặp piston xylanh bơm cao áp được dẫn động bởi vành lăn, thông qua con đội để thực hiện chuyển động tịnh tiến, và bánh răng để thực hiện chuyển động quay tròn và được bôi trơn làm mát nhờ chính nhiên liệu diesel của hệ thống. Việc thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cũng như thời điểm phun nhiên liệu tùy theo chế độ làm việc động cơ đều được thực hiện nhờ van tiết lưu. + Các đường ống cao áp và thấp áp: Hai hệ thống hoàn toàn giống nhau 1.2 Khác nhau: + Bộ điều chỉnh phun sớm tự động: Đối với hệ thống nhiên liệu diesel cơ khí dùng bộ điều tốc thủy lực – áp lực dầu trong bơm cao áp thay đổi theo số vòng quay động cơ - trong khi hệ thống VE-EDC dùng cảm biến thông qua ECU. + Kim phun: Đặc biệt phần kim phun của hệ thống VE EDC sử dụng loại kim phun hai giai đoạn mang lại rất nhiều lợi ích. + Bộ điều tốc: Hệ thống nhiên liệu cơ khí dùng bộ điều tốc cơ khí kiểu quả văng ly tâm trong khi hệ thống nhiên liệu VE-EDC dùng cảm biến và ECU. Ngoài ra hệ thống VE-EDC còn có các cảm biến để nhận tín hiệu từ các khu vực làm việc của động cơ để cung cấp cho ECU. Các cảm biến này về cấu tạo và nguyên lý làm việc tương tự như các cảm biến của động cơ xăng. Với hệ thống VE-EDC có thể hệ thống hồi lưu khí xả để điều chỉnh tỉ lệ hòa trộn A/F nhằm giảm lượng khí NOx trong thành phần khí thải. 2. Về nguyên lý của hệ thống: Qua tìm hiểu hệ thống VE- EDC ta thấy về mặt nguyên lý của hai hệ thống làm việc hoàn toàn giống nhau. Từ quá trình tạo áp lực cao đến phun nhiên liệu vào buồng đốt, từ điều khiển góc phun sớm đến điều chỉnh lưu lượng và thời điểm phun nhiên liệu… điểm khác biệt cơ bản đó là: - Điều khiển van tiết lưu thay đổi lưu lượng nhiên liệu nhờ xung điện từ ECU thay vì dẫn động bằng cơ khí. - Điều khiển vành lăn để thay đổi góc phun sớm do tín hiệu xung từ ECU thay cho bộ phun sớm điều khiển thủy lực. - Bộ điều tốc được thay thể bởi ECU và các cảm biến. Ngoài ra, nhờ các cảm biến thu nhận tín hiệu từ các khu vực làm việc của động cơ, giúp ECU phát xung điện điều khiển hệ thống hiệu quả hơn trong khi hệ thống nhiên liệu cơ khí bỏ qua các tín hiệu này. 3. Về tính công nghệ của hệ thống: So sánh giữa hai hệ thống ta thấy rằng hệ thống VE-EDC có sử dụng ECU và các cảm biến để thu nhận các tín hiệu cần thiết từ đó điều khiển quá trình làm việc của hệ thống theo các chế độ động cơ, trong khi hệ thống nhiên liệu cơ khí hoàn toàn không có cảm biến hay ECU. Với đặc điểm công nghệ này, hệ thống VE-EDC làm việc sẽ linh hoạt, chính xác hơn. 4. Về đặc tính phun nhiên liệu: A. Tốc độ phun B. Tốc độ làm nóng 1. Vị trí trục khuỷu 2. Đốt 1 giai đoạn: nhiều (NOx) và tiếng ồn 3. Đốt 2 giai đoạn: ít (NOx) và tiếng ồn 5. Về quá trình cháy của hỗn hợp công tác: Đối với hệ thống điều khiển điện tử, áp suất phun cao hơn và tỉ số nén của động cơ có thể cao hơn, quá trình phun có thể diễn ra gồm nhiều giai đoạn nên quá trình cháy diễn ra với áp suất đỉnh nhỏ hơn nên động cơ làm việc êm hơn, ít phát sinh tiếng ồn. Thời gian cháy rớt ngắn hơn, ít gây tổn thất công suất và ô nhiễm. Với áp suất đỉnh thấp hơn nên kết cấu động cơ không đòi hỏi kết cấu, vật liệu chịu bền cao như hệ thống điều khiển cơ khí, nhiệt độ cháy đỉnh cũng bé hơn, nhất là dùng vòi phun hai giai đoạn nên tổn thất nhiệt cũng ít hơn, các chi tiết chịu nhiệt độ thấp hơn nên sẽ bền hơn. 6. Về công tác kiểm tra sửa chữa, bảo dưỡng: Đối với người thợ, công tác lắp ráp hệ thống cơ khí sẽ khó khăn hơn, vì không những phải lắp đúng về mặt vị trí mà còn phải điều chỉnh thật chính xác các cơ cấu lắp ghép, nhất là các cơ cấu điều chỉnh có ảnh hưởng đến tính năng làm việc của hệ thống. Trong quá trình làm việc, nếu hệ thống có hư hỏng, để phát hiện chính xác hư hỏng, đòi hỏi kinh nghiệm của người thợ nhiều hơn trong khi đối với hệ thống VE-EDC nhờ có ECU giúp thông báo mã lỗi. 7. Về vấn đề ô nhiễm môi trường: Trong khí thải của động cơ diesel có những chất gây ô nhiễm môi trường như HC, CO, Co2, NOx, khói, muội than… quá trình hình thành các chất ô nhiễm này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố có thể kể ra như: Chất lượng nhiên liệu, quá trình hình thành hỗn hợp công tác, quá trình cháy, quá trình điều khiển hoạt động của động cơ… Trong những yếu tố đó, bỏ qua những yếu tố khách quan ngoài phạm vi đề cập của chuyên đề như chất lượng nhiên liệu, kết cấu buồng đốt, kim phun, còn lại các yếu tố như quá trình điều khiển hoạt động của động cơ ta thấy rằng hệ thống điều khiển cơ khí dễ dẫn đến ô nhiễm môi trường hơn, vì điều khiển cơ khí mặc dù tin cậy, bền nhưng độ linh hoạt kém hơn so với điều khiển điện tử. Với hệ thống cảm biến, ECU sẽ thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình cung cấp nhiên liệu tốt hơn từ đó hỗn hợp công tác sẽ được hòa trộn tốt hơn sẽ cháy tốt hơn và nhất là cảm khí khí xả có khả năng nhận biết mức độ ô nhiễm khí thải giúp ECU điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp…bên cạnh đó sự ô nhiễm về tiếng ồn ở hệ thống EDC sẽ ít hơn. PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.Kết luận Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail ngày nay được dùng rộng trên các phương tiện giao thông, góp phần tạo nên bước ngoặt mới cho ngành ôtô động cơ nhiệt. Hệ thống nhiên liệu Common Rail có khả năng tạo hơi nhiên liệu tốt vì phun nhiên liệu với áp suất cao khoảng 1600 bar. Nhiên liệu cháy hoàn toàn, không tạo ra các sản phẩm phụ khác, ít tạo khói, ít tạo ra muội than nên vấn đề ô nhiễm không khí được cải thiện rất nhiều. Lượng khí nạp được cảm biến lưu lượng khí nạp nhận giá trị và đưa về PCM, cùng với các giá trị từ các cảm biến khác gởi về PCM xử lí và cho ra một lượng nhiên liệu thích hợp cho từng chế độ tốc độ của động cơ. do lượng phun được điều khiển chính xác bằng PCM nên có thể phân phối đều đến từng xy lanh. nhiên liệu được điều khiển nhờ PCM bằng việc thay đổi thời gian hoạt động của việc phun, tạo ra được tỷ lệ tối ưu. Về mức độ gây ô nhiễm, với đặc điểm phun hai lần là phun sơ khởi và phun chính, đặc tính của hệ thống phun được cải thiện có tác dụng không ồn và giảm được độ độc hại của khí thải. Ngoài ra còn có giai đoạn phun thứ cấp được thực hiện nhờ hệ thống luân hồi khí thải có tác dụng làm giảm nồng độ NOx trong khí thải. Về suất tiêu hao nhiên liệu thì khi chân ga ở trạng thái tự do việc phun nhiên liệu bị loại bỏ trong động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail nên làm giảm tiêu hao nhiên liệu so với động cơ diesel nguyên thủy. Tóm lại, quá trình cháy trong hệ thống Common Rail được cải thiện đáng kể, tăng tính kinh tế nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu suất của động cơ. Ở từng tốc độ và tại mỗi chế độ tải trọng của động cơ, lượng nhiên liệu có thể được cung cấp chính xác và liên tục nhờ việc kiểm soát khí thải của PCM. 2. Kiến nghị Với sự phát triển mạnh như vũ bão , vấn đề tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường là câu hỏi lớn đối với các nhà thiết kế và sản xuất ô tô hàng đầu trên thế giới .Và động cơ diesel điện tử ra đời đáp ứng được nhu cầu khắt khe của thị trường ô tô thế giới, không những thế nó không ngừng được hoàn thiện và được dánh giá là sự lựa trọn đầu tiên của các nước trên thế giới trong tương lai .Ở Việt Nam ,mặc dù chưa phát triển mạnh mẽ như các nước phát triển trên thế giới nhưng nó đã gây ảnh hưởng lớn đến thị trường ô tô trong nước , vì thế việc nghiên cứu và tìm hiểu các thế hệ động cơ diesel điện tử cũng trở lên vô cùng quan trọng . Chính vì vậy việc đầu tư vào các trang thiết bị , tư liệu nghiên cứu , các mô hình để sinh viên có cập nhật thêm là rất cần thiết . PHẦN IV: TÀI LIỆU THAM KHẢO. [1] Nguyễn Văn Bình, Nguyễn Tất Tiến. “Nguyên lý Động cơ đốt trong”. Nhà xuất bản giáo dục, năm 1994. [2] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến. “Kết cấu và tính toán Động cơ đốt trong, Tập 1”. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp, năm 1979. [3] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến. “Kết cấu và tính toán Động cơ đốt trong, Tập 2”. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp, năm 1979. [4] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến. “Kết cấu và tính toán Động cơ đốt trong, Tập 3”. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp, năm 1979. [5] Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng. “Ôtô và ô nhiễm môi trường”. Nhà xuất bản giáo dục, năm 1999. [6] Các trang Web và các tai liệu liên quan LỜI CẢM ƠN Kết thúc gần 5 năm học tại trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội, em đã nhận được sự chăm lo, dạy dỗ của các thầy cô giáo, đặc biệt là các thầy cô giáo trong bộ môn Động lực – khoa Cơ điện. Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các thầy cô giáo. Trong quá trình thực hiện em đã nhận được sự giúp đỡ quý báu của thầy PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế đã có những định hướng cho đồ án và tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này, đồng thời cũng nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong khoa Cơ điện - Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội. Xin cảm ơn tập thể lớp Cơ khí Động lực 50 đã cùng chia sẻ với tôi trong suốt quá trình học tập.Tôi xin chân thành cảm ơn tới những người thân và ban bè đã chia sẻ những khó khăn ,động viên tạo đều kiện cho tôi hoàn thành đồ án . Hà nội ngày 25 tháng 05 năm 2010 Sinh viên Nguyễn Tuấn Đạt MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................1 PHÂN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ 2..................................................................................................................1 I. Tổng quan hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel……………….……...2 1. Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel………………………………………………………………………….2 1.1. Nhiệm vụ 2 1.2 Yêu cầu 2 1.3 Phân loại 3 2. Sự hình thành hỗn hợp không khí và nhiên liệu trong buồng cháy của động cơ Diezel………………………………………………………………………8 II. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG DIESEL ĐIỆN TỬ 10 III. PHÂN LOẠI THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ. 12 PHẦN II : CÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ 13 I . HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ VỚI BƠM CAO ÁP 13 1. Loại bơm PE (bơm dãy) điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ...13 1.1 Cấu tạo của cơ cấu điều ga điện từ……………………………………..13