Kiểm tra và chẩn đoán hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử

động từ trục khuỷu thông qua hệ thống bánh răng dẫn động.2 3 4.2.8. Hệ thống tăng áp. Hệ thống tăng áp trên động cơ 1KD-FTV là loại tăng áp kiểu tuabin khí, được làm mát trung gian. Bộ tuabin tăng áp gồm hai phần chính là tuabin và máy nén khí, cùng với các cơ cấu phụ khác như bạc đỡ trục, thiết bị bao kín, hệ thống bôi trơn và làm mát .... Hình 4. 9 : Sơ đồ tăng áp tuabin khí. Tuabin tăng áp trên động cơ là loại tuabin tăng áp hướng kính Hình 4.10 : Kết cấu tuabin - máy nén. 1- Vỏ máy nén ; 2- Vỏ tuabin ; 3- Thân tuabin máy nén 4- Bánh công tác máy nén ; 5- Bánh công tác tuabin. Nguyên lý làm việc tuabin hướng kính : Sản vật cháy với áp suất PT, nhiệt độ TT và tốc độ CT đi vào vỏ tuabin C tới vành miệng phun B. Vành miệng phun là những đường thông có tiết diện giảm dần từ cửa vào đến cửa ra làm cho sản vật cháy được giãn nở và tăng tốc khi qua vành miệng phun. Trong miệng phun một phần áp năng của sản vật cháy được chuyển thành động năng. Khi ra khỏi miệng phun, dòng khí được chảy theo 1 góc a1 (a1 = 14 ¸150), lúc ấy áp suất sản vật cháy từ PT giảm xuống P1, nhiệt độ từ TT giảm xuống T1 đồng thời tốc độ dòng khí từ CT tăng lên C1. Với tốc độ C1 dòng khí đi vào bánh công tác đang quay theo tốc độ U1 tạo nên tốc độ tương đối W1 của dòng khí vào rãnh của bánh công tác. Sản vật cháy tiếp tục giãn nở trong rãnh thông từ hướng kính chuyển sang hướng trục, truyền động năng cho các cánh để chuyển thành công làm quay bánh công tác. Khi ra khỏi bánh công tác, sản vật cháy có áp suất P2, nhiệt độ T2, tốc độ tuyệt đối C2 và theo đường ống dẫn thải ra ngoài. Máy nén dùng để tăng áp cho động cơ có nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành năng lượng của dòng khí tạo ra áp suất nào đó để cung cấp vào xylanh động cơ. Loại máy nén trên đông cơ 1KD-FTV là loại máy nén ly tâm. 4.3. TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ 1KD-FTV. 4.3.1. Thông số ban đầu. Tên thông số Kí hiệu Giá trị Thứ nguyên Công suất có ích Ne 125 KW Tỉ số nén E 17,9 Số vòng quay định mức N 3400 Vg/ph Đường kính xylanh D 96 mm Hành trình piston S 103 mm Số xylanh i 4 Xylanh Số kỳ τ 4 Góc mở sớm xupap nạp j1 16 Độ Góc đóng muộn xupap nạp j2 36 Độ Góc mở sớm xupap thải j3 46 Độ Góc đóng muộn xupap thải j4 14 Độ Góc phun sớm js 9 Độ Loại buồng cháy Thống nhất Loại động cơ Tăng áp turbin khí 4.3.2. Các thông số chọn của động cơ. Tên thông số Kí hiệu Giá trị Thứ nguyên Áp suất khí nạp Pk 0,125 MN/m2 Nhiệt độ khí nạp Tk 300 oK Hệ số dư lượng không khí α 1,56 Áp suất cuối quá trình nạp Pa 0,1 MN/m2 Áp suất khí sót Pr 0,118 MN/m2 Nhiệt độ khí sót Tr 700 oK Độ sấy nóng khí nạp mới DT 20 oK Chỉ số giản nở đoạn nhiệt m 1,45 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z xz 0,78 Hệ số lợi dụng nhiệt tại b xb 0,9 Tỉ số tăng áp l 1,9 Hệ số nạp thêm l1 1,08 Hệ số quét buồng cháy l2 1 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt lt 1,1 Hệ số điền đầy đồ thị jđ 0,98 4. 3.3. Tính toán các thông số của chu trình. ó Quá trình nạp. - Hệ số khí sót gr . gr = gr = gr = 0,03. - Hệ số nạp hv. hv = hv = hv = 0,803. - Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta. Ta = Ta = Ta = 332 [oK]. - Số mol không khí để đốt cháy 1 Kg nhiên liệu M0. M0 = Trong đó: C, H, O : Thành phần trong 1Kg nhiên liệu. M0 = = 0,495 [kmolKK/kgnl]. - Số mol khí nạp mới M1. M1 = a.M0 = 1,56.0,495 = 0,772[kmol/KK/kgnl]. ó Quá trình nén. - Tỷ nhiệt mol của không khí [kJ/kmol.0K]. = = 20,435 [kJ/kmol.0K]. - Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy [kJ/kmol.0K]. a”v = = = 20,914 b”v = = = 0,00545 = 21,733 [kJ/kmol.0K]. - Tỷ nhiệt mol của hỗn hợp cháy [kJ/kmol.0K]. = 19,838 = 0,0042 = 20, 472 - Chỉ số nén đa biến trung bình n1. Tính gần đúng từ phương trình nén đa biến: Chọn : n1 = 1,3675 thay vào vế phải của phương trình trên. Ta có: = 1,368 Vậy chọn : n1 = 1,368 - Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc [0K]. = 958 [0K]. - Áp suất cuối quá trình nạp pc [MN/m2]. = 5,167 MN/m2]. ó Quá trình cháy. - Tính DM. DM = DM = = 0,032. - Số mol sản phẩm cháy M2. M2 = M1 + DM M2 = 0,772 + 0,032 = 0,803 [Kmol/Kg.nl]. - Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết. 1 - Hệ số biến đổi phân tử thực tế. = 1,04 - Hệ số biến đổi phân tử tại z. = 1,034 - Hệ số tỏa nhiệt xz tại z. = 0,867 - Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn. Với động cơ Diesel a > 1 thì DQH = 0. - Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z. a”vz = 20,779 b”vz = 0,0053 = 26,475 [KJ/KmoloK]. - Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz. Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz được tính theo phương trình sau: Đưa về dạng phương trình bậc hai: ATz2 + BTz + C = 0 Trong đó: A = = 0,00274 = 30,097 C = = - 77830,56 QH = 4250 Phương trình bậc hai: 0,00274.Tz2 + 30,097.Tz – 77830,56 = 0 Giải phương trình bậc hai và loại bỏ nghiệm âm ta tìm được: Tz = 2161 [0K] - Áp suất cực đại của chu trình lý thuyết pz [MN/m2]. pz = pc.l = 5,167.1,9 = 9,818 [MN/m2] ó Quá trình giãn nở. - Tỷ số giãn nở sớm. = 1,228 - Tỷ số giãn nở sau. = 14,579 - Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb [oK]. Chọn : n2 =1,285 = 1007 [0K]. - Kiểm nghiệm lại trị số n2. Trị số n2 được kiểm nghiệm lại theo phương trình: n2 - 1 = 0,285 Vậy chọn : n2 = 1,285 - Áp suất cuối quá trình giãn nở pb [MN/m2]. = 0,314[MN/m2]. - Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót. = = 743 [oK] Sai số: = 6,169% < 15%. ó Các thông số chỉ thị. - Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết p’i [MN/m2]. Đối với động cơ Diesel: p’i = 1,726 [MN/m2]. - Áp suất chỉ thị trung bình động cơ pi [MN/m2]. = 1,6921 [MN/m2]. - Hiệu suất chỉ thị động cơ hi. = 0,409 - Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi [g/(kW.h)]: = = 207,149 [g/(kW.h)]. ó Các thông số có ích. - Tổn thất cơ giới pm [MN/m2]. Theo công thức kinh nghiệm: Tùy theo động cơ và tỷ số S/D, loại buồng cháy ta chọn các hệ số a, b: a = 0,015 ; b = 0,0156 Cm - Vận tốc trung bình của piston. Cm = = 11,67 [m/s]. = 0,2151 [MN/m2]. - Áp suất có ích trung bình pe [MN/m2]. pe = pi - pm pe = 1,6921 - 0,2151 = 1,477 [MN/m2]. - Hiệu suất cơ giới (%). = 0,872 - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích [g/kW.h]. = 237,55 [g/kW.h]. - Hiệu suất có ích của động cơ (%). = 0,356 - Thể tích công tác của một xylanh động cơ Vh [lít]. = = 0,7467 [dm3]. - Kiểm nghiệm đường kính xylanh: = 96,0992 [mm] = 0,09917< 0,1 [mm]. Vậy sai số nằm trong giới hạn cho phép. 4.4. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 1KD-FTV. Hình 4.11 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 1KD-FTV. 1- Thùng nhiên liệu ; 2- Lọc nhiên liệu ; 3- Bơm cao áp HP3 ; 4- Common Rail tích trữ điều áp ; 5- Vòi phun ; 6- Két làm mát nhiên liệu ; 7- EDU ; 8- ECU ; 9- Đường nhiên liệu cao áp ; 10- Đường dầu hồi ; 11- Các cảm biến ; 12- Van SVC ; 13- Van an toàn áp suất ; 14- Cảm biến áp suất nối với ECU. Bơm cao áp 3 có nhiệm vụ tạo ra nhiên liệu có áp suất cao cho quá trình phun. Bơm này được lắp đặt trên một ngăn của hệ thống. Thường thì giống như vị trí đặt bơm phân phối trước đây (của các động cơ cổ truyền). Nhiên liệu sau khi ra khỏi bơm cao áp được vận chuyển vào bộ phận tích luỹ cao áp. Ống Rail 4 này là bộ phận tích luỹ cao áp và luôn được cấp nhiên liệu để phục vụ cho việc phun nhiên liệu. Nhiên liệu trong ống luôn có áp suất 180MPa để phun vào xylanh vào đúng thời điểm. Một số thành phần của hệ thống Common Rail được đặt trực tiếp trên ống này, như cảm biến áp suất, van điều áp. Vòi phun 5 có chức năng phun nhiên liệu vào xylanh động cơ. ECU quyết định lượng nhiên liệu được phun, thời điểm phun và điều khiển nam châm điện trong vòi phun, thông qua bộ EDU. Nam châm điện này mở vòi phun và nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ khi áp suất tồn tại trong ống tích luỹ cao áp. 4.5. KẾT CẤU HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 1KD-FTV. Kết cấu hệ thống nhiên liệu Common Rail của động cơ 1KD-FTV chia thành hai vùng : Vùng áp suất thấp và vùng áp suất cao. 4.5.1. Vùng áp suất thấp. Vùng áp suất thấp có nhiệm vụ đưa nhiên liệu lên vòng cao áp, bao gồm các bộ phận : + Thùng chứa nhiên liệu. + Các đường ống nhiên liệu áp suất thấp + Lọc nhiên liệu. 4.5.2. Bình chứa nhiên liệu. Bình chứa nhiên liệu phải làm từ vật liệu chống ăn mòn và giữ cho không bị rò rỉ ở áp suất gấp đôi áp suất hoạt động bình thường. Van an toàn trong bình phải được lắp để khi áp suất quá cao có thể tự thoát ra ngoài. Nhiên liệu cũng không được rò rĩ ở cổ nối với bình lọc nhiên liệu hay ở thiết bị bù áp suất khi xe rung xóc nhỏ, cũng như khi xe vào đường vòng hoặc dừng hay chạy trên đường dốc. Bình nhiên liệu và động cơ phải đặt xa nhau để khi tai nạn xảy ra không có nguy cơ cháy nổ. 4.5.3. Đường nhiên liệu áp suất thấp. Đường ống nhiên liệu mềm được bọc thép thay thế cho đường ống bằng thép và được dùng trong ống áp suất thấp, như đường ống nhiên liệu từ bình chứa nhiên liệu tới bơm cao áp. Tất cả các bộ phận mang nhiên liệu phải được bảo vệ khỏi tác động của nhiệt độ. 4.5.4. Lọc nhiên liệu. Sự làm việc lâu dài làm cho hiệu quả của bơm cung cấp nhiên liệu cũng như vòi phun và bơm phân phối phụ thuộc vào chất lượng lọc của lọc nhiên liệu. Lọc nhiên liệu được lắp giữa thùng nhiên liệu và bơm cao áp, có công dụng tách nước và cặn bẫn lẫn trong nhiên liệu trước khi đưa đến bơm cao áp.Nó lọc các tạp chất cơ học có kích thước 0,002¸0,003 mm ra khỏi nhiên liệu (trong khi đó khe hở xy lanh và piston bơm là 0,0025 (mm) nên bầu lọc đảm bảo cho hệ thống làm việc tốt. Hình 4.12 : Bầu lọc nhiên liệu. 1- Đường ống vào ; 2- Bơm tay ; 3- Công tắc cảnh báo bình lọc ; 4- Đường ra ; 5- Vành đai ốc ; 6- Lõi lọc nhiên liệu ; 7- Vỏ ; 8- Công tắc cảnh báo mức nước lắng đọng ; 9- Nút xả khí Bình lọc này gồm có vỏ 7 làm bằng nhựa, lõi lọc 6 gồm các phiến lọc làm bằng sợi bông, bao lụa và lưới lọc để lọc tạp chất bẩn trong nhiên liệu, bơm tay 2 để bơm xả không khí khi bình chứa nhiên liệu bị cạn, thay lọc nhiên liệu hoặc không khí bị lọt vào trong ống dẫn nhiên liệu, công tắc cảnh báo lọc nhiên liệu 3 để cảnh báo bình lọc nhiên liệu khi có sự cố (như tắc bộ lọc), vành đai ốc 5 dùng để bắt chặt nắp đậy vỏ và lõi lọc với nhau, công tắc cảnh báo mức nước lắng đọng 8 và nút xã nước lắng đọng. Nhiên liệu từ bình chứa vào bình lọc từ ống 1 đến đường ống 10 nằm phía dưới nắp đậy được nối thông với khoang A nhiên liệu từ khoang A đi qua lõi lọc 6 tại đây tạp chất bẩn tách khỏi nhiên liệu và lắng đọng xuống dưới đáy khoang A nhiên liệu lọc sạch đi vào khoang B và đi ra đến bơm cao áp từ đầu nối 4 , nhiên liệu bẩn được xả ra từ nút 9 ra khỏi bình lọc. Hình 4.13 : Sơ đồ mạch điện công tắc cảnh báo lọc NL Trong bình lọc nhiên liệu của của hệ thống Common Rail lõi lọc làm sợi bông. Một bộ lọc nhiên liệu không thích hợp có thể dẫn đến hư hỏng cho các thành phần của bơm, van phân phối và kim phun. Bộ lọc nhiên liệu làm sạch nhiên liệu trước khi đưa đến bơm cao áp, và do đó ngăn ngừa sự mài mòn nhanh của các chi tiết bơm. Nước xâm nhập vào hệ thống nhiên liệu có thể làm hư hỏng hệ thống ở dạng ăn mòn. Vì vậy bình lọc này có gắng công tác cảnh báo nước lắng đọng để báo mức nước quá dưới hạng cho phép của bình lọc, để xả nước ra khỏi bình lọc và bình lọc này cũng có gắng công tắc cảnh báo lọc nhiên liệu, báo khi bình lọc tắc ngẽn làm cho hệ thống nhiên liệu làm việc ổn định và an toàn hình là sơ đồ làm việc các công tắc bộ lọc với ECU 4.5.5. Vùng áp suất cao. Vùng áp suất cao của hệ thống Common Rail động cơ 1KD-FTV có nhiệm vụ tạo ra một áp suất cao không đổi trong đường ống tích luỹ áp suất và phun nhiên liệu vào buồng cháy động cơ, bao gồm : - Bơm cao áp với van điều khiển áp suất. - Đường ống nhiên liệu áp suất cao, tức ống phân phối đóng vai trò của bộ tích áp suất cao cùng với cảm biến áp suất nhiên liệu, van giới hạn áp suất, kim phun và đường ống dầu về. 4.5.6. Bơm cao áp. Bơm cao áp có nhiệm vụ tạo ra nhiên liệu có áp suất cao cho quá trình phun. Bơm này được lắp đặt trên một ngăn của hệ thống. Nhiên liệu sau khi ra khỏi bơm cao áp được vận chuyển vào bộ phận tích luỹ cao áp. Bơm cao áp tạo áp lực nhiên liệu đến một áp suất lên đến 180MPa. Bơm cao áp được lắp đặt tốt nhất ngay trên động cơ như ở hệ thống nhiên liệu của bơm phân phối loại cũ. Nó được dẫn động bằng động cơ (tốc độ quay bằng 1/2 tốc độ động cơ, nhưng tối đa là 8000 vòng/phút) thông qua khớp nối bằng bánh răng với động cơ và được bôi trơn bằng chính nhiên liệu nó bơm. Van điều khiển áp suất được lắp trên bơm Bên trong bơm cao áp nhiên liệu được nén bằng 2 piston bơm được bố trí đối xứng. Do 2 bơm piston hoạt động luân phiên trong một vòng quay tạo được áp suất cao và liên tục nhiên liệu đến ống phân phối và cách đặt bơm như vậy chỉ làm tăng nhẹ lực cản của bơm. Do đó ứng suất trong hệ thống dẫn động vẫn giữ đồng bộ. Điều này có nghĩa hệ thống Common Rail đặt ít tải trọng lên hệ thống truyền động hơn so với hệ thống cũ. Công suất yêu cầu để dẫn động bơm rất nhỏ và tỉ lệ với áp suất trong đường ống phân phối và tốc độ bơm. 11 11 1- Cam không đồng trục và cam vòng ; 2- Lò xo hồi của piston bơm ; 3- Piston bơm ; 4- Van một chiều ; 5- Van hút ; 6- Van đẩy ; 7- Đường nhiên liệu đến ống phân phối ; 8- Đường nhiên liệu vào ; 9- Bơm nạp ; 10- Van SCV ; 11- Trục bơm. Hình 4.14 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động bơm cao áp. Bơm nạp đưa nhiên liệu từ bình chứa qua bộ lọc đến đường dầu vào bơm cao áp được lắp trực tiếp trên bơm. Nó đẩy nhiên liệu qua van SCV đến hai piston của bơm cao áp, cùng trục với bơm cao áp. Nhiên liệu được đưa vào hai piston bơm cao áp ít hay nhiều phụ thuộc vào van SCV dưới sự điều khiển của ECU. Nhiên liệu dư của bơm nạp đi qua van và theo đường dầu hồi trở về bình chứa Trục của bơm cao áp có các cam lệch tâm làm di chuyển 2 piston lên xuống tùy theo hình dạng các vấu cam làm cho 2 piston hút nén đối xứng nhau. Van nạp mở ra nhiên liệu tư bơm nạp qua van SCV được hút vào bơm piston của bơm cao áp tại đây nhiên liệu được nén dưới áp suất cao khi piston lên tới điểm chết trên, áp suất nhiên liệu thắng lực lò xo của van nén, nhiên liệu thoát ra ngoài đến ống phân phối. Piston tiếp tục phân phối cho đến khi nó đi đến điểm chết trên (ĐCT), sau đó do áp suất bị giảm xuống nên van nén đóng lại. Khi áp suất trong buồng bơm của thành phần bơm giảm xuống thì van nạp mở ra và quá trình lặp lại lần nữa. Các bộ phận chính trong bơm cao áp: Bơm piston, bơm nạp, van SCV, cảm biến áp suất nhiên liệu. 4.5.6.1. Bơm piston. Bơm piston của bơm cao áp làm nhiệm vụ bơm nhiên liệu áp suất cao đến ống phân phối, lượng nhiên liệu được bơm ít hay nhiều phụ thuộc vào van SCV. Bơm gồm hai piston A , B đặt đối xứng nhau , hai piston này được đẩy lên nhờ cam vòng 8 và cam không đồng trục 1, hành trình đi xuống của piston nhờ lò xo 2. Khi Piston A đi xuống nhờ lực đẩy của lò xo 2, van 6 đóng lại, van 5 mở ra nhờ độ chân không phía trên piston nhiên liệu được nạp vào không gian này cho đến khi piston nằm ở vị trí thấp nhất. Piston đi lên nhờ cam vòng 8 quay lệch tâm với cam lệch tâm 1(cam không đồng trục) thì nhiên liệu ở khoảng không gian phía trên piston bị nén tăng áp suất, đẩy mở van bơm 6 nhiên liệu áp suất cao đi vào đường ống cao áp đến ống phân phối, đồng thời van 5 đóng lại không cho nhiên liệu trở lại bơm nạp. Piston B đặt đối xứng với piston A nên khi piston A đi xuống thực hiện quá trình hút thì piston B đi lên thực hiện quá trình nén và bơm nhiên liệu đến ống phân phối, hai bơm làm việc luân phiên hút và nén nhiên liệu, bơm nhiên liệu đến ống phân phối dưới áp suất cao và ổn định. Hình 4.15 :Bơm piston 1- Cam không đồng trục ; 2- Lò xo bơm piston ; 3- Piston ; 4- Van một chiều ; 5- Van hút ; 6- Van Bơm ; 7- Lò xo van một chiều ; 8- Cam vòng Lượng nhiên liệu , áp suất nhiên liệu tạo ra của bơm dưới sự điều khiển của van SCV quá trình hoạt động của van SCV ảnh hưởng tới bơm như sau. Hình 4.16 : Sơ đồ hoạt động hút và bơm của bơm khi SCV mở nhỏ Khi van SCV mở nhỏ lượng nhiên liệu đi vào khoảng trống phía trên piston ít vì vậy khi piston đi lên thực hiện hành trình nén khi đó áp suất nhiên liệu không đủ lớn để mở van bơm và van nạp vẫn còn mở nên hành trình hút kéo dài đến khi piston lên gần đến điểm chết trên nhiên liệu mới được nén và thực hiện quá trình bơm như trên hình khi đó áp suất nhiên liệu trong ống phân phối có phần giảm xuống phù hợp với áp suất phun lý thuyết ECU đã tính. Hình 4.17 : Sơ đồ hoạt động hút và bơm của bơm khi SCV mở lớn Khi van SCV mở lớn lượng nhiên liệu hút vào khoảng trống phía trên piston tăng vì vậy hành trình hút kết thúc khi piston đi lên, thực hiện hành trình nén, bơm nhiên liệu vào đường ống cao áp đến ống phân phối với áp suất cao như sơ đồ hình vẽ. Khi van SCV đóng lại hoàn toàn nhiên liệu không được hút vào, piston chỉ nén dưới dạng bọt khí, khi piston đi lên gần đến điểm chết trên van (6) mở ra nhiên liệu ống cao áp chảy ngược lại khoảng trống phía trên piston khi ấy làm cho áp suất ống phân phối giảm xuống đáng kể, phù hợp chế độ làm việc của động cơ mà ECU tính toán. 4.5.6.2. Bơm nạp. Bơm nạp làm nhiệm vụ hút nhiên liệu từ bình chứa đến bơm piston của bơm cao áp, được lắp trực tiếp trên bơm cao áp, trục cùng trục với bơm cao áp 1- Rôto bị động ; 2- Rôto chủ động ; 3- Trục bơm ; 4- Khoang xả ; 5- Lỗ hút ; 6- Lỗ xả ; 7- Khoang hút Hình 4.18 : Sơ đồ nguyên lý làm việc của bơm nạp. Bơm được cấu tạo bỡi 2 rôto bánh răng, rôto bánh răng trong chủ động 2, rôto ngoài bị động 1, rôto trong có 2 khoang hút 7 và khoang xả 4. Hoạt động: Khi trục bơm quay theo chiều kim đồng hồ, rô to bị động quay kéo theo rô to chủ động quay làm cho thể tích khoang 7 tăng dần nên áp suất khoang 7 giảm, nhiên liệu được hút vào khoang 7. Sau đó nhiên liệu được đẩy sang khoang 4, do thể tích khoang 4 giảm dần khi quay nên áp suất nhiên liệu tăng lên và thoát ra cửa ra 4.5.6.3. Van SCV. Van SCV làm nhiệm vụ định lượng, lượng nhiên liệu đưa vào bơm piston của bơm cao áp từ bơm nạp dưới sự điều khiển của ECU đồng thời còn làm nhiệm vụ điều khiển áp suất trong ống phân phối, dưới hình là sơ đồ điều khiển của ECU đối với van SCV. ECU nhận tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiên liệu từ ống phân phối, cảm biến trục khuỷu và cảm biến vị trí bàn đạp ga, ECU tính toán áp suất phun lý tưởng rồi gửi tín hiệu đến van SCV để điều khiển độ mở của van. Lượng nhiên liệu tăng hay giảm đi vào bơm piston phụ thuộc vào áp suất phun lý tưởng của động cơ. Hình 4.19 : Sơ đồ điểu khiển ECU với SCV. 1- Van kim ; 2- Lò xo mở ; 3- Van trượt ; 4- Lõi sắt ; 5- Nam châm điện ; A- Khoang chứa nhiên liệu vào B. Khoang nhiên liệu ra. Hình 4.20 : Van SCV. Van SCV gồm một van kim 1 đóng mở cho nhiên liệu đi qua vào van trượt 3, lò xo mở 2, lõi sắt từ 4 và nam châm điện 5 Khi van SCV chưa hoạt động áp suất nhiên liệu của bơm nạp không đủ thắng lực lò xo 2 để mở van kim 1 cho nhiên liệu đi vào. Khi ECU tính toán áp suất phun lý tưởng sẽ kích hoạt cho một dòng điện đến nam châm điện 5 của van SCV sinh ra từ tường hút lõi sắt từ 4 làm giảm lực bổ sung cho lò xo 2 khi ấy áp suất nhiên liệu thắng lực lò xo 2 mở van 1 khi đó nhiên liệu từ khoang A sẽ đến khoang B đi ra đến cung cấp cho bơm piston của bơm cao áp. Lượng nhiên liệu hút vào tăng hay giảm tuỳ thuộc vào cường độ dòng điện đi qua van, nếu dòng đến SCV trong một thời gian dài thì cường độ trung bình của dòng điện chạy đến cuộn dây tăng khi đó van 1 được mở rộng hơn lượng nhiên liệu hút tăng, còn nếu dòng đến SCV trong một thời gian ngắn, cường độ trung bình của dòng điện chạy đến cuộn dây giảm khi đó lực lò xo đẩy van 1 đóng lại mở hẹp đi. Do đó lượng nhiên liệu hút giảm. 4.5.6.4. Ông trữ nhiên liệu áp suất cao ( ống phân phối ). Ngay cả khi kim phun lấy nhiên liệu từ ống phân phối để phun thì áp suất nhiên liệu trong ống vẫn không đổi. Điều này thực hiện nhờ sự co giãn của nhiên liệu. Áp suất nhiên liệu được đo bằng cảm biến áp suất trên ống phân phối và được duy trì bởi van điều khiển áp suất nhằm giới hạn áp suất tối đa là 180 MPa. Hình 4.21 : Cấu tạo ống tích trữ nhiên liệu cao áp. 1- Ống Rail ; 2- Cảm biến áp suất ; 3- Đầu nối với nhiên liệu cao áp từ bơm cao áp ; 4- Đầu nối cao áp với vòi phun ; 5- Van ổn định áp suất ; 6- Đường hồi nhiên liệu Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao dùng để chứa nhiên liệu áp suất cao. Đồng thời, sự dao động của áp suất cao do bơm cao áp tạo ra sẽ được giảm chấn bởi thể tích của ống. Ống tích trữ áp suất cao này dùng chung cho tất cả các xi lanh. Do đó tên nó là đường ống chung (Common Rail). Ngay cả khi một lượng nhiên liệu mất đi khi phun, ống vẫn duy trì áp suất thực tế bên trong không đổi. Điều này đảm bảo cho áp suất phun của kim không đổi từ khi kim mở. Để thích hợp với các điều kiện lắp đặt khác nhau trên động cơ, ống phải được thiết kế với nhiều kiểu để phù hợp với bộ hạn chế dòng chảy và dự phòng chổ để gắn các cảm biến, van điều khiển áp suất, van hạn chế áp suất. Thể tích bên trong của ống thường xuyên được điền đầy bằng nhiên liệu có áp suất. Khả năng nén của nhiên liệu được tận dụng để tạo hiệu quả tích trữ. Khi nhiên liệu rời khỏi ống để phun ra thì áp suất thực tế trong bộ tích trữ nhiên liệu áp suất cao vẫn được duy trì không đổi. Sự thay đổi áp suất là do bơm cao áp thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp để bù vào phần nhiên liệu vừa phun. Trên ống Rail có lắp cảm biến áp suất theo dõi áp suất nhiên liệu trong ống đồng thời làm tín hiệu gửi về ECU tính toán và một van giới hạn áp suất nhiên liệu trong ống, khi áp suất nhiên liệu vượt qua giới hạn cho phép trong ống van 180 MPa sẽ mở cho nhiên liệu chảy về bình chứa theo đường dầu hồi. 4.5.6.5. Van giới hạn áp suất. Hình 4.22 : Van giới hạn áp suất. 1- Mạch dầu cao áp;2- Van bi ; 3- Cần đẩy ; 4- Lỗ dầu ; 5- Lò xo hồi vị cần đẩy; 6- Đế van giới hạn áp suất; 7- Đường dầu hồi Van giới hạn áp suất là một thiết bị cơ khí gồm các thiết bị sau : - Phần có ren ngoài để lắp vào ống. - Một piston di chuyển. - Một lò xo. Tại phần cuối chỗ nối với ống có một buồng với một đường dẫn dầu có van bi mà cần đẩy đi xuống sẽ làm kín bên trong buồng. Ở áp suất hoạt động bình thường (tối đa là 180MPa), lò xo đẩy cần đẩy xuống làm kín ống. Khi áp suất của hệ thống vượt quá mức, cần đẩy bị đẩy lên trên do áp suất của dầu trong ống thắng lực căng của lò xo. Nhiên liệu có áp suất cao được thoát ra thông qua van và đi vào đường dầu trở lại bình chứa. Khi van mở, nhiên liệu rời khỏi ống vì vậy áp suất trong ống giảm xuống, van sẽ đóng lại khi áp suất trở lại mức xấp xỉ 30 MPa . 4.5.7. Vòi phun. Vòi phun của động cơ 1KD-FTV sử dụng vòi phun kín, thời điểm phun và lượng phun được điều khiển bằng van điện từ dưới sự điều khiển của ECU.Hoạt động của vòi phun có thể chia làm 4 giai đọan chính khi động cơ làm việc và bơm cao áp tạo ra áp suất cao : - Kim phun đóng (khi có áp lực dầu tác dụng). - Kim phun mở (bắt đầu phun). - Kim phun mở hoàn toàn. - Kim phun đóng (kết thúc phun). Các giai đoạn hoạt động là kết quả của sự phân phối lực tác dụng lên các thành phần của kim phun. Khi động cơ dừng lại và không có áp suất trong ống phân phối, lò xo kim đóng kim phun. 1- Lỗ phun ; 2- Kim phun ; 3- Khoang chứa Diesel kim phun ; 4- Lò xo ; 5- Piston điều khiển ; 6- Đầu nối ống dầu hồi ; 7- Khoang điều khiển ; 8- Van từ ; 9- Cuộn dây từ ; 10- Lỗ tiết lưu ;11- Đầu nối đường ống cao áp ; 12- Thân vòi phun ; 13- Ecu ;14- Đầu nối đến EDU ;15- Đường dầu vào ; 16- Đường dầu hồi ; 17- Lỗ xả ; 18- Lò xo Hình 4.23: Kết cấu vòi phun. ó Kim phun đóng (ở trạng thái nghĩ):. Nhiên liệu từ Rail đến vòi và theo đường ống dẫn sẽ đi đến buồng điều khiển 7 thông qua tiết lưu 10, buồng điều khiển được nối với đường dầu về thông qua lỗ xả 17 được điều khiển bởi van từ 8(solenoid). Khi không có dòng điện chạy đến cuộn dây từ 9 thì lực lò xo 18 lớn hơn áp suất trong buồng điều khiển, do đó van từ 8 bị đẩy xuống đóng lỗ xả 17 lại, vì thế áp suất tác dụng lên piston điều khiển 5 và nén lò xo 4 cao hơn áp suất dầu tại thân ty kim 2. Kết quả là kim bị đây xuống dưới và làm kín lỗ phun với buồng đốt. ó Khi kim phun mở ( bắt đầu phun ). Khi cuộn dây từ có dòng điện, lực hấp dẫn của cuộn dây từ sẽ kéo van từ 8 lên trên lỗ xả 17 mở nhiên liệu chảy ra. Điều này làm cho áp suất ở buồng điều khiển giảm xuống, kết quả là áp lực tác dụng lên piston điều khiển cũng giảm theo. Khi áp suất trên piston điều khiển giảm xuống thấp hơn áp suất tác dụng lên ty kim, thì áp suất tại ty kim thắng lực ép lò xo 4 cho kim phun mở ra và nhiên liệu phun vào buồng đốt qua các lỗ phun. ó Kim phun mở hoàn toàn: Nhiên liệu qua đầu ra rồi chảy bên dưới ống rò nhiên liệu và piston điều khiển, nâng piston lên và tăng cường phản ứng đóng mở cửa miệng. Khi dòng điện tiếp tục tác dụng lên cuộn dây từ, kim phun lên cao nhất làm cho tốc độ phun đạt mức cao nhất (kim phun mở hoàn toàn) ó Kim phun đóng (kết thúc phun ). Khi dòng điện qua van điện từ bị ngắt, lò xo đẩy van từ đi xuống và van từ đóng lỗ xả lại. lỗ xả đóng đã làm cho áp suất trong buồng điều khiển van tăng lên thông qua lỗ nạp. Áp suất này tương đương với áp suất trong ống và làm tăng lực tác dụng lên đỉnh piston điều khiển. Lực này cùng với lực của của lò xo bây giờ cao hơn lực tác dụng của buồng chứa và ty kim đóng lại. Tốc độ đóng của ty kim phụ thuộc vào dòng chảy của nhiên liệu qua lỗ nạp . æ Đầu kim phun. Thiết kế của đầu phun được quyết định bởi : - việc kiểm soát nhiên liệu phun ra (thời điểm và lượng nhiên liệu phun theo góc độ trục cam); - việc điều khiển nhiên liệu (số lỗ tia, hình dạng nhiên liệu phun ra và sự phun sương tơi nhiên liệu, sự phân phối nhiên liệu trong buồng cháy, mức độ làm kín buồng cháy). Hiện nay có hai loại đầu phun dùng cho Common Rail : Đầu phun lỗ tia hở và đầu phun lỗ tia kín. Lỗ tia phun được định vị nhờ vào hình nón phun. Số lượng lỗ tia và đường kính của chúng dựa vào : - Lượng nhiên liệu phun ra. - Hình dạng buồng cháy. - Sự xoáy lốc trong buồng cháy. Đối với cả hai loại lỗ tia hở và lỗ tia kín thì phần cạnh của lỗ tia có thể được gia công bằng phương pháp ăn mòn hidro nhằm mục đích ngăn ngừa sự mài mòn sớm của cạnh lỗ tia gây ra bởi các phần tử mài mòn và giảm sai lệch dung lượng phun. Để giảm lượng hidrocacbon thải ra, thể tích nhiên liệu điền đầy ở đầu của tia kim cần thiết phải giữ ở mức độ nhỏ nhất. Việc này được thực hiện tốt nhất với loại đầu phun loại tia kim. Lỗ tia của loại này được sắp xếp quanh một lỗ bao. Trong trường hợp đỉnh của đầu phun hình tròn, hay tùy thuộc vào loại thiết kế, lỗ tia được khoan bằng cơ khí hay bằng máy phóng điện (EDM- Electrical-Discharge Machine). Lỗ tia với đỉnh của đầu phun hình nón thì luôn được khoan bằng phương pháp EDM. Đầu phun lỗ tia hở có thể được dùng với các loại lỗ bao với kích thước khác nhau như lỗ bao hình trụ và lỗ bao hình nón. Đầu phun của vòi phun động cơ 1KD-FTV sử dụng đầu phun lỗ tia hở có 6 lỗ phun có đường kính 0,14 mm cấu tạo như sau : Hình 4.24 : Cấu tạo đầu kim phun lỗ tia hở. 1- Lỗ phun ; 2- Đầu kim ; 3- Thân kim ; 4- Kim phun ; 5- Buồng áp suất 6- Trục định hướng ; 7- Đường dầu vào ; 8- Ecu ; 9- Đế thân kim 4.5.8. Đường ống dẫn nhiên liệu áp suất cao. Những đường ống nhiên liệu này mang nhiên liệu áp suất cao. Do đó, chúng thường xuyên chịu áp suất cực đại của hệ thống và trong suốt quá trình ngưng phun. Vì vậy, chúng được chế tạo từ thép ống. Các đường ống nằm giữa ống phân phối và kim phun phải có chiều dài như nhau. Sự khác biệt chiều dài giữa ống phân phối và kim phun được bù bằng cách uốn cong ở các đường ống nối. Tuy nhiên, các đường ống này nên giữ càng thẳng càng tốt. 4.6. CÁC CẢM BIẾN TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ. 4.6.1. Cảm biến vị trí van cắt đường nạp VTA (VLU). 1 2 3 Hình 4.25 : Van cắt đường nạp 1-Cảm biến vị trí van cắt đường nạp ; 2-Van cắt cửa nạp ; 3- Môtơ điện Van cắt của nạp được lắp trên cổ họng gió, gồm một cảm biến vị trí van cắt và môtơ điện từ quay. Nhằm mục đích cải thiện tính năng hoạt động của hệ thống EGR và dùng làm tín hiệu cho ECU để điều khiển tỉ lệ phun nhiên liệu vào động cơ. Hình 4.26 : Sơ đồ mạch điện của cảm biến vị trí van cắt đường nạp Cảm biến vị trí van cắt đường nạp là loại phần tử Hall gồm có các mạch IC Hall làm bằng các phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng, các nam châm được lắp trên trục của van cắt và quay cùng với van cắt. Khi van cắt cửa nạp mở, các nam châm quay cùng một lúc, và các nam châm này thay đổi vị trí của chúng. Vào lúc đó, IC Hall phát hiện sự thay đổi từ thông gây ra bởi sự thay đổi vị trí nam châm và tạo ra điện áp ra của hiệu ứng Hall từ cực VLU theo mức thay đổi từ 0 ÷ 5V. Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mở van. Ký hiệu chân Chức năng Điều kiện kiểm tra Giá trị tiêu chuẩn VC – E2 Nguồn cảm biến Khóa điện OFF→ON 0 ÷ 5V VLU – E2 Tín hiệu ra cảm biến Khóa điện ON, bướm ga mở tăng dần đến vị trí tối đa. 0,3 ÷ 4,2V Bảng 4.1: Thông số hoạt động cảm biến vị trí van cắt đường nạp. 4.6.2. Cảm biến vị trí bàn đạp ga (VPA). Cảm biến vị trí của bàn đạp ga biến đổi mức đạp xuống của bàn đạp ga (góc) thành một tín hiệu điện được chuyển đến ECU động cơ. Dùng làm tín hiệu để điều khiển lượng phun nhiên liệu, và thời gian phun nhiên liệu. Đây là loại cảm biến Hall có độ bền cao. V Hình 4.27 : Cảm biến bàn đạp ga. Hình 4.28 : Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga. Khi bật khóa điện đến vị trí ON, ECU sẽ cấp điện áp nguồn VCC (5V) cho cảm biến vị trí bàn đạp ga thông qua các cặp chân VCP1-EP1 và VCP2-EPA2. Khi bàn đạp ga được đạp, sẽ có điện áp ra từ các chân VPA1 và VPA2 từ cảm biến. Điện áp ra của 2 chân VPA1 và VPA2 tăng dần từ 0~5V khi bàn đạp ga từ vị trí không đạp đến vị trí đạp tối đa. Trong đó tín hiệu ra VPA1 dùng làm tín hiệu chính để điều khiển động cơ, tín hiệu VPA2 là tín hiệu dự phòng dùng phát hiện hư hỏng cảm biến. Nhờ sự thay đổi điện áp ra của 2 chân tín hiệu từ cảm biến mà ECU biết được chính xác mức độ đạp ga của tài xế. 4.6.3. Cảm biến vị trí trục khuỷu (NE). Hình 4.29 : Cảm biến vị trí trục khuỷu. 1- Lõi sắt ; 2- Cuộn dây ; 3- Bộ tạo từ trường ; 4- Nam châm. Cảm biến vị trí trục khuỷu sử dụng loại cuộn dây điện từ, được lắp phía đầu động cơ dùng để phát hiện góc quay trục khuỷu và số vòng quay động cơ. Đĩa tạo tín hiệu NE được làm liền với puly trục khuỷu và có 34 răng, 2 răng khuyết (khu vực 2 răng khuyết này là dùng để phát hiện tín hiệu được tạo ra do sự chuyển động quay của một răng ta sẽ xác định được 100 của góc quay trục khuỷu). Chuyển động quay của đĩa tạo tín hiệu sẽ làm làm thay đổi khe hở không khí giữa các răng của đĩa và cuộn nhận tín hiệu NE, điều đó tạo ra tín hiệu NE. ECU sẽ xác định khoảng thời gian phun cơ bản và lượng phun cơ bản dựa vào tín hiệu này. Khi răng càng ra xa cực nam châm thì khe hở không khí càng lớn, nên từ trở cao, do đó từ trường yếu đi. Tại vị trí đối diện, khe hở nhỏ, nên từ trường mạnh, tức là có nhiều đường sức từ cắt, trong cuộn dây sẽ xuất hiện một dòng điện xoay chiều, đường sức qua nó càng nhiều, thì dòng điện phát sinh càng lớn. Tín hiệu sinh ra thay đổi theo vị trí của răng, và nó được ECU đọc xung điện thế sinh ra, nhờ đó mà ECU nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc động cơ. Loại tín hiệu NE này có thể nhận biết được cả tốc độ động cơ và góc quay trục khuỷu tại vị trí răng thiếu của đĩa tạo tín hiệu, nhưng không xác định được điểm chết trên của kỳ nén hay kỳ thải. Hình 4.30 : Sơ đồ mạch và dạng sóng tạo ra của cảm biến trục khuỷu và cam. 1-Mạch đầu vào G ; 2- Mạch đầu vào NE ; 3- 34 xung mỗi 3600CA ; 4-1800CA; 5- Xung mỗi 7200CA Ký hiệu chân Điều kiện đo (0C) Giá trị tiêu chuẩn (Ω) TDC-TDC- Nguội: 10 ÷ 50 1630 ÷ 2740 Nóng: 50 ÷ 100 2065 ÷ 3225 Bảng 4.2: Thông số tiêu chuẩn cảm biến Ne 4.6.4. Cảm biến vị trí trục cam (TDC). Trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G có các răng (5 răng). Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa các vấu nhô ra trên trục cam và cảm biến này sẽ thay đổi. Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G. Tín hiệu G này chuyển đi như một thông tin góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp với tín hiệu NE từ cảm biến vị trí trục khuỷu để xác định TDC kỳ nén của mỗi xylanh và phát hiện góc quay trục khuỷu. Cứ mỗi 2 vòng quay của động cơ, cảm biến tạo ra 5 xung nhưng chỉ có 1 xung làm tín hiệu điều khiển. Dùng để xác định thời điểm phun nhiên liệu.Sơ đồ mạch như trên hình 5.25. 4.6.5. Cảm biến nhiệt độ khí nạp (THA). Cảm biến nhiệt độ không khí nạp dùng nhận biết nhiệt độ không khí nạp và kết hợp với cảm biến áp suất để xác định lượng không khí nạp đi vào động cơ. Hinh 4.31 : Cảm biến nhiệt độ khí nạp 1- Điên trở nhiệt NTC ; 2- Thân cảm biến ; 3- Lớp cách điện ; 4- Ổ nối dây R1 R1 E2 E1 THA Hình 4.32 : Sơ đồ điện cảm biến nhiệt độ khí nạp 1- Khối cảm biến ; 2- Điện trở nhiệt ; 3- Điện trở giới hạn dòng ; 4- Khối điều khiển PCM Gồm một điện trở nhiệt loại NTC đặt ở đầu cảm biến nối với đầu ghim (4), thông qua lớp cách điện (3). Giá trị điện trở thay đổi khi nhiệt độ môi trường quanh nó (nhiệt độ khí nạp) thay đổi. Điện trở tăng khi nhiệt độ giảm và điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. Điện trở loại này được gọi điện trở có hệ số nhiệt âm. Tuỳ theo nhiệt độ khí nạp mà PCM sẽ nhận tín hiệu điện thay đổi từ điện trở để tăng hoặc giảm lượng khí nạp phù hợp với tỉ lệ hoà trộn hỗn hợp không khí - nhiên liệu. Nguồn điện cung cấp cho mạch là VR =5V. Ta có: VR = VR 1 + VR 2 . Khi R2 thay đổi ® VR1 thay đổi: KW 1 2 3 7 6 5 4 3 2 1 0 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0C Hình 4.33 : Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở. 1- Đường giá trị điện trở lý tưởng ; 2- Đường giá trị điện trở lớn nhất ; 3- Đường giá trị điện trở thấp nhất. 4.6.6. Cảm biến áp suất đường ống nạp (PIM). Hình 4.34 : Cảm biến áp suất đường ống nạp (không khí) Hình 4.35 : Sơ đồ mạch điện Cảm biến này gắn một IC cảm nhận áp suất đuờng nạp như một tín hiệu PIM. ECU dựa vào tính hiệu này xác định thời gian phun cơ bản. Cấu tạo gồm một chip silic kết hợp với một buồng chân không được duy trì ở độ chân không định mức, được gắn vào bộ cảm biến này. Một phía của chip này được lộ ra với áp suất đường ống nạp và phí bên kia thông với buồng chân không bên trong. Vì vậy không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn vì áp suất của đường ống nạp có thể đo được chính xác ngay cả khi độ cao này thay đổi. Một thay đổi về áp suất của đường ống nạp sẽ làm cho hình dạng của chip silic này thay đổi, và trị số điện trở của chip này dao động theo mức biến dạng này tín hiệu điện áp mà IC biến đổi từ sự dao động của giá trị điện trở này gọi là tín hiệu PIM. 4.6.7. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW). Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ sử dụng loại nhiệt điện trở có hệ số nhiệt âm, khi nhiệt độ nước làm mát tăng, giá trị điện trở cảm biến giảm và ngược lại, ECU dùng tín hiệu này để phát hiện tình trạng nhiệt độ động cơ. Hình 4.36 : Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. Điện trở ; 2- Thân cảm biến ; 3- Chất cách điện ; 4- Giắc cắm ; 5- Đầu cắm điện Hình 4.37: Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ nước Khi khóa điện bật ON, ECU cấp điện áp 5V đến chân THW của cảm biến, khi nhiệt độ nước thay đổi, điện trở cảm biến thay đổi, điện áp rơi trên 2 đầu điện trở cảm biến thay đổi như sau: khi nhiệt độ tăng à điện trở cảm biến giảm à điện áp tại chân THW giảm và ngược lại. ECU xác định được nhiệt độ động cơ thông qua giá trị điện áp rơi này. Điện trở kΩ Nhiệt độ 0C (0F) Hình 4.38: Vùng hoạt động của cảm biến nhiệt độ nước 4.6.8. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (THF). Cảm biến này nhận biết nhiệt độ nhiên liệu bằng nhiệt điện trở bên trong, lắp trực tiếp trên bơm cao áp. Nhiên liệu sẽ bay hơi kém khi nhiệt độ nhiên liệu thấp, vì vậy cần hỗn hợp đậm. Vì thế khi nhiệt độ nhiên liệu thấp, điện trở của nhiệt điện trở tăng lên và tín hiệu điện áp THF cao được đưa đến ECU. Dựa trên tín hiệu này ECU sẽ tăng lượng nhiên liệu phun vào làm cải thiện khả năng tải trong quá trình hoạt động của động cơ. Hình 4.39 : Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu. 1- Nhiệt điện trở ; 2- Thân cảm biến ; 3- Giắc cắm Ngược lại khi nhiệt độ nhiên liệu cao, một tín hiệu điện áp thấp THF gửi đến ECU làm giảm lượng nhiên liệu phun. Hình. 4.40 : Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nhiên liệu Do điện trở R trong ECU và nhiệt điện trở trong cảm biến nhiệt độ nhiên liệu được nối tiếp nên điện áp THF thay đổi khi điện trở của nhiệt điện trở thay đổi. 4.6.9. Cảm biến áp suất nhiên liệu. Cảm biến áp suất ống đo áp suất tức thời trong ống phân phối và báo về ECU với độ chính xác thích hợp và tốc độ đủ nhanh. Nhiên liệu chảy vào cảm biến áp suất đường ống thông qua một đầu mở và phần cuối được bịt kín bởi màng cảm biến. Thành phần chính của cảm biến là một thiết bị bán dẫn gắn trên màng cảm biến, dùng để chuyển áp suất thành tín hiệu điện. Tín hiệu do cảm biến tạo ra được đưa vào mạch khuếch đại tín hiệu và đưa đến ECU. Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc : - Khi màng biến dạng thì lớp điện trở đặt trên màng sẽ thay đổi giá trị. Sự biến dạng (khoảng 1 mm ở áp suất 180 MPa ) là do áp suất tăng lên trong hệ thống, sự thay đổi điện trở dẫn đến sự thay đổi điện thế ở mạch cầu điện trở. - Điện áp thay đổi trong khoảng 0-70 mV (tùy thuộc áp suất tác động) và được khuếch đại bởi mạch khuếch đại đến 0,5 V- 4.5V. Hình 4.41 : Cảm biến áp suất trên ống phân phối. 1- Mạch điện ; 2- Màng so ; 3- Màng của phần tử cảm biến. 4- ỐNg dẫn áp suất ; 5- Ren lắp ghép. Việc kiểm soát một cách chính xác áp suất của ống là điều bắt buộc để hệ thống hoạt động đúng. Đây cũng là nguyên nhân tại sao cảm biến áp suất ống Rail phải có sai số nhỏ trong quá trình đo. Trong dải hoạt động của động cơ, độ chính xác khi đo đạt khoảng 2%. Nếu cảm biến áp suất ống bị hỏng thì van điều khiển áp suất sẽ được điều khiển theo giá trị định sẵn trong ECU. 5. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM CÁC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA BƠM CAO ÁP, VÒI PHUN ĐỘNG CƠ 1KD-FTV. 5.1. TÍNH TOÁN BƠM CAO ÁP. 5.1.1. Tính lượng nhiên liệu cung cấp cho xylanh cho một chu trình công tác. Theo [4], ta có công thức tính lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình tính công tác xylanh như sau . VCT = vCT.Vh [mm3] Trong đó: - VCT : Thể tích nhiên liệu cung cấp cho một chu trình. - vCT : Một đơn vị thể tích công tác xylanh. Theo [4] vCT = [mm3/l] - ηc : Hệ số cung cấp của bơm, ηc = 0,75 (Theo [4], ηc = (0,75 ÷ 0,85)) - : Hệ số dư lượng không khí, . Thay số, ta được: vCT = = 54,81 [mm3/l] - Vh = Thể tích công tác của xylanh. Với : - D: Đường kính xylanh động cơ, D = 96 [mm] - S : Hành trình piston, S = 103 [mm] Thay số, ta được: Vh = = 745159 [mm3] = 0,74 [l] Vậy, VCT = 0,74.54,81 = 40,56 [mm3] 5.1.2. Đường kính piston bơm cao áp. dPT = Trong đó: - dPT : Đường kính piston bơm cao áp. - CP : Vận tốc piston bơm. Ta có : CP = 2.fPT.SPT Với: - fPT : Số hành trình của bơm trong một phút fPT = - n : Số vòng quay động cơ, n = 3400 [vg/ph] fPT = [vg/ph] - SPT : Hành trình thực tế của piston bơm SPT = 3,2 [mm] Thay số, ta được: CP = 2.6800.3,2 = 43520 [mm/ph] = 725,34 [mm/s] - : Góc phun sớm, được xác định từ điều kiện đảm bảo cho động cơ khi chạy ở chế độ thiết kế ít tốn nhiên liệu nhất. Trên thực tế, ít khi vượt quá , chọn - k: Hệ số đánh giá tỷ số giữa tốc độ cung cấp nhiên liệu cực đại với tốc độ trung bình, Theo [4], . Chọn . Thay số, ta có: dPT = = 8,24 [mm]. Theo thực tế, ta chọn dPT = 8,5 [mm]. Kiểm tra: ε = ε = = 3,05% Vậy sai số trên chấp nhận được. 5.1.3. Xác định hành trình có ích của piston bơm cao áp. = 56,72 [mm2] Vậy: 0,954 [mm] 5.2. TÍNH VÒI PHUN. Những thông số cơ bản của vòi phun phải đảm bảo tốc độ cấp nhiên liệu thích hợp và áp suất cần thiết. Để tính toán ta coi vòi phun khảo sát là vòi phun kín tiêu chuẩn. 5.2.1. Lượng phun nhiên liệu lớn nhất trong một chu trình Qmax. Theo [4], ta có: Thay số, ta được: = 57918 [mm3/s] = 57,918 [cm3/s] 5.2.2. Tổng tiết diện lưu thông của lỗ phun. Theo [4], tổng tiết diện lưu thông của các lỗ phun được xác định: Trong đó: - : Khối lượng riêng của nhiên liệu, [kg/cm3]. - : Áp suất trong vòi phun pP = 20 ÷ 40 [MN/m2], ta chọn [MN/m2]. - : Áp suất cực đại của chu trình, [MN/m2]. - : Hệ số lưu lượng, Thay vào công thức, ta có: = 21,73.10-4 [cm2] = 0,2173 [mm2] 5.2.3.Tiết diện lưu thông của một lỗ phun. Theo [4], ta có tiết diện lưu thông của một lỗ phun: Trong đó: - i : Số lỗ phun, động cơ 1KD-FTV sử dụng vòi phun có 6 lỗ nên i = 6 - μ = 0,75 Vậy: [mm2] 5.2.4. Đường kính lỗ phun tính toán. Đường kính lỗ phun tính toán được tính theo công thức: dP1 = Thay số, ta được: dP1 = = 0,25 [mm] Vậy đường kính lỗ kim phun theo tính toán là 0,.25 [mm] 6. TÌM HIỂU CÁC DẠNG HƯ HỎNG, CÁCH KHẮC PHỤC VÀ CHẨN ĐOÁN. 6.1.CÁC DẠNG HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP Ở HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU. 6. 1.1. Các hư hỏng bơm cao áp. Cặp piston-xylanh bơm cao áp bị mòn : do có lẫn tạp chất cơ học có trong nhiên liệu tạo ra các hạt mài, khi piston chuyển động trong xylanh các hạt mài này gây mòn piston-xylanh. Trong quá trình làm việc cặp piston-xylanh bơm cao áp thường bị mòn và cào xước bề mặt ở các khu vực cửa nạp, cửa xả của xylanh, và cạnh đỉnh piston. Do điều kiện làm việc của pittông-xylanh bơm cao áp chịu áp lực cao, mài mòn... , nên trong hành trình nén áp lực dầu tác dụng lên các phần trên đầu piston không cân bằng gây ra va đập. Điều đó làm cho phần đầu pittông và xylanh mòn nhiều nhất. Khi pittông-xylanh mòn làm áp suất nhiên liệu trong thời kỳ nén nhiên liệu giảm, áp suất nhiên liệu đưa đến vòi phun không đúng giá trị qui định gây ảnh hưởng đến chất lượng phun nhiên liệu. Lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình giảm, động cơ không phát huy được công suất, suất tiêu hao nhiên liệu tăng. 6.1.2. Các hư hỏng của vòi phun. Lỗ phun bị tắc hoặc giảm tiết diện : do trong quá trình sử dụng muội than bám vào đầu vòi phun làm tắc lỗ phun. Trong nhiên liệu và quá trình cháy tạo ra các axít ăn mòn đầu vòi phun làm ảnh hưởng đến chất lượng phun. Kim phun mòn : tăng khe hở phần dẫn hướng làm giảm áp suất phun, lượng nhiên liệu hồi tăng lên giảm lượng nhiên liệu cung cấp vào buồng cháy. Công suất động cơ giảm. Lò xo van điện từ bị giãn : Khi đó chỉ cần một lực nhỏ cũng có thể nâng được kim phun lên. Do đó nhiên liệu phun vào buồng cháy không tơi, nhỏ giọt. Động cơ không khởi động được, khi động cơ làm việc thì công suất không cao, động cơ hoạt động có khói đen. Kẹt kim phun : Do nhiệt độ từ buồng cháy truyền ra làm cho kim phun nóng lên và giãn nở. Do sự giãn nở không đồng đều làm tăng ma sát giữa kim phun và phần dẫn hướng làm kim phun khó di chuyển. 6.1.3. Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu. Lõi lọc quá cũ, bẩn gây mất chức năng lọc dẫn đến tắc lọc. Cặn bẩn, tạp chất nhiều trong cốc lọc gây tắc lọc giảm tính thông qua của lọc. 6.1.4. Các hư hỏng của đường ống dẫn nhiên liệu. Các đường ống hở không khí lọt vào làm động cơ không nổ. Tại các điểm nối bị hở, ống bị thủng. Làm rò rỉ nhiên liệu, nhiên liệu không cung cấp đến bơm cao áp hay vòi phun, nhiên liệu cung cấp không đủ áp suất làm động cơ không nổ. Các đường ống bị va đập làm dẹp, các chỗ uốn bị gãy gây trở lực lớn trong đường ống hoặc bị tắc ống dẫn. Các van an toàn, van một chiều lắp trên đường ống không điều chỉnh đúng áp lực mở theo qui định. 6.1.5. Hư hỏng hệ thống điện tử và các cảm biến. Đối với các hư hỏng này phải dùng các pan mà nhà chế tạo cung cấp để phát hiện các triệu chứng. Để khắc phục các hư hỏng này thì thường phải thay mới. 6.2. KHẮC PHỤC CÁC HƯ HỎNG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU. 6.2.1. Bơm cao áp. Bơm cao áp bị hư ta thay bơm mới, ta thiết lập giá trị ban đầu, cân lượng nhiên liệu cung cấp từ bơm cấp liệu Cài đặt giá trị lượng nhiên liệu cung cấp từ bơm cao áp vào ECU sau khi thay mới. 6.2.2. Ống phân phối. Nếu ống phân phối bị hỏng ta chỉ việc thay mới, không thao rã ống phân phối. 6.2.3. Vòi phun. Sau khi sữa chữa vòi phun hoặc thay mới thì phải cài đặt lại thông số hiệu chỉnh lượng phun cho vòi phun. 6.3. PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN Ở đây ta chẩn đoán theo trạng thái hoạt động của động cơ. 6.3.1. Động cơ không tải không êm, bị rung động. Bảng 6.1 : Bảng chẩn đoán động cơ không tải, không êm, bị rung động Trạng thái hư hỏng Khu vực chẩn đoán chính Khu vực chẩn đoán có liên quan 1. Không tải không êm hay rung do có quá trình cháy không bình thường 2. Rung khi xe khởi hành do hư hỏng của hệ thống ly hợp 1. Hư hỏng trong vòi phun - Chuyển động của piston vòi phun trục trặc - Vòi phun kẹt đóng - Vòi phun kẹt mở - Muội ở vòi phun - Hư hỏng mạch điện vòi phun 2. Hư hỏng hệ thống ly hợp - Hệ thống ly hợp (rung khi xe khởi động) - Mã hiệu chỉnh vòi phun - Rò rỉ nhiên liệu - Gối đỡ động cơ - Rò rỉ hệ thống nạp khí - Tắc hệ thống nạp khí - Hệ thống EGR - Hệ thống đóng đường nạp - Cảm biến lưu lượng khí nạp - Bơm cao áp - Van xả áp - EDU (Nếu P0200 thiết lập đồng thời) - Nhiên liệu chất lượng thấp - Sửa đổi xe - ECU 6.3.2. Động cơ có tiếng gõ, kêu lạch cạch. Bảng 6.2 : Bảng chẩn đoán động cơ có tiếng gõ, kêu lạch cạch. Trạng thái hư hỏng Khu vực chẩn đoán chính Khu vực chẩn đoán có liên quan 1. Tiếng gõ và âm thanh không bình thường do áp suất cháy đặc biệt cao 2. Âm thanh không bình thường do ma sát giữa các chi tiết 1. Hư hỏng vòi phun - Chuyển động của piston trong vòi phun bị hỏng - Vòi phun kẹt đóng - Vòi phun kẹt mở - Muội trong vòi phun - Hỏng mạch vòi phun 2. Áp suất ống phân phối không bình thường - Bơm cao áp - Âm thanh xung áp nhiên liệu - Không khí trong nhiên liệu 3. Ma sát giữa các chi tiết 4. Áp suất nén - Mã hiệu chỉnh vòi phun - Rò rỉ nhiên liệu - Rò rỉ hệ thống nạp khí - Tắc hệ thống nạp khí - Hệ thống EGR - Hệ thống đóng đường nạp - Cảm biến áp suất nhiên liệu - Cảm biến áp suất tuyệt đối đường nạp - Cảm biến lưu lượng khí nạp - Cảm biến áp suất khí quyển (bên trong ECU) - Sửa đổi xe - Nhiên liệu chất lượng thấp - Thiếu nhiên liệu - ECU 6.3.3. Động cơ yếu, bị ì. Bảng 6.3 : Bảng chẩn đoán động cơ yếu, bị ì. Trạng thái hư hỏng Khu vực chẩn đoán chính Khu vực chẩn đoán có liên quan 1. Động cơ bị yếu do lượng phun nhiêu liệu không bình thường (hỏng bơm cấp áp) 2. Động cơ bị yếu do lượng khí nạp vào thiếu (Hỏng tuabin tăng áp hay đoạn ống xả trước hay bộ trung hòa khí xả bị tắc) 1. Hư hỏng vòi phun - Chuyển động của píttông trong vòi phun bị hỏng - Vòi phun kẹt đóng - Vòi phun kẹt mở - Muội trong vòi phun - Hỏng mạch vòi phun 2. Áp suất ống phân phối không bình thường - Bơm cao áp 3. Lượng khí nạp không bình thường - Tuabin tăng áp - Đoạn ống xả trước bị tắc - Bộ trung hòa khí xả bị tắc - Van xả áp (P1271 được thiết lập) - Cảm biến lưu lượng khí nạp - Rò rỉ hệ thống nạp khí - Tắc hệ thống nạp khí - Hệ thống EGR - Hệ thống nhiêu liệu bị tắc - Hệ thống đóng đường nạp - Áp suất nén - Mã điều chỉnh vòi phun - Rò rỉ nhiên liệu - Bugi sấy - Cảm biến áp suất nhiên liệu - EDU (Nếu P0200 được thiết lập) - Sửa đổi xe - Nhiên liệu chất lượng thấp 7. KẾT LUẬN CHUNG: Hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử giúp cho quá trình cháy của động cơ được cải thiện đáng kể, tăng tính kinh tế nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu suất của động cơ. Đồng thời nó cũng cho phép giảm bớt các kết cấu cơ khí của động cơ Diesel. Do đó việc áp dung hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử trên động cơ Diesel là đề tài đang được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng bởi sự ô nhiễm môi trường và sự cạn kiệt nhiên liệu đang là vấn đề cấp bách trên toàn cầu. Sau 15 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự nỗ lực tìm hiểu và nghiên cứu của bản thân, cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn, thầy giáo PGS.TS.Trần Thanh Hải Tùng, đến nay em đã hoàn thành nhiệm vụ khảo sát đề tài tốt nghiệp được giao. Đề tài tốt nghiệp của em đã đạt được những kết quả: Nghiên cứu và trình bày một cách hệ thống các loại hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử mà một số tài liệu chưa trình bày hết. Có thể sử dụng làm tài liệu học tập hoặc tham khảo cho các cơ sở bảo hành, sữa chữa ôtô dùng công nghệ Diesel điều khiển điện tử. Trên cơ sở tìm hiểu, em đã đưa ra quy trình chẩn đoán sữa chữa cho hệ thống Common Rai, nếu có thêm thời gian em có thể xây dựng quy trình chẩn đoán cho các hệ thống còn lại. Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ 1KD – FTV giúp em đi sâu vào tìm hiểu kết cấu cũng như đặc tính làm việc của các cụm chi tiết ở hệ thống Common Rail trên một động cơ cụ thể. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng vẫn còn rất nhiều vấn đề mà trong phạm vi tìm hiểu và thời gian thực hiện đồ án, em chưa thể giới thiệu một cách đầy đủ và cụ thể về công nghệ phun nhiên liệu Diesel cũng như những ứng dụng rộng rãi của nó. Những thiếu sót của đề tài là: Hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử dùng bơm – vòi phun kết hợp HEUI do thiếu tài liệu nên chưa có điều kiện tìm hiểu sâu sắc. Một số quá trình điều khiển cụ thể của hệ thống này em cũng chưa tìm hiểu kỹ. Nếu có điều kiện kinh phí và thời gian, em có thể xây dựng mô hình của một trong những hệ thống trên để thấy rõ hơn nghuyên lý làm việc của hệ thống và làm mô hình tham khảo cho những sinh viên khóa sau. TÀI LIỆU THAM KHẢO. [1]. PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng – KS Nguyễn Lê Châu Thành. “Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ôtô”. Tài liệu lưu hành nội bộ của khoa Cơ Khí Giao Thông. Đại học Bách khoa Đà Nẵng, 2010. [2]. PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng. “Tập Bản vẽ và Bài giảng môn học kết cấu động cơ đốt trong”. Tài liệu lưu hành nội bộ của khoa Cơ Khí Giao Thông. Đại học Bách khoa Đà Nẵng, 2010. [3]. Bùi Văn Ga, Trần Thanh Hải Tùng, Trần Văn Nam, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, “Ô tô và ô nhiễm môi trường”. NXB Giáo Dục, Hà Nội, 1999. [4]. Nguyễn Văn Bình, Nguyễn Tất Tiến. “Nguyên lý động cơ đốt trong”., NXB Giáo Dục, Hà Nội, 1994 [5]. Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến. “Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong. Tập 3”. NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội, 1977. [6]. Nguyễn Phước Hoàng, Phạm Đức Nhuận, Nguyễn Thạch Tân, Đinh Ngọc Ái, Đặng Huy Chí. “Thủy lực và máy thủy lực”. NXB Giáo Dục, Hà Nội, 1996. [7]. Tài liệu động cơ 1KD-FTV và các tài liệu liên quan của TOYOTA. [8]. Các websile : 1. – hui.com 2. 3.