Nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt sa bàn hệ thống phun Diesel điện tử và xây dựng hệ thống bài tập trên sa bàn phục vụ công tác đào tạo

Trong xu thế phát triển đó, nên nhiều hệ thống và trang thiết bị trên ô tô ngày nay được điều khiển bằng điện tử, đặc biệt là các hệ thống an toàn như hệ thống phanh, hệ thống lái trên ô

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Đề tài:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT SA BÀN HỆ THỐNG PHUN DIESEL ĐIỆN TỬ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP TRÊN SA

BÀN PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐÀO TẠO

Chuyên đề 1: “Tổng quan về hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động

Địa chỉ: Trường Đại học Sao Đỏ

Thị xã Chí Linh – Hải Dương

9637

HẢI DƯƠNG, NĂM 2012

i

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ ô tô là một ngành khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chóng trên toàn cầu Sự tiến bộ trong thiết kế, vật liệu và kỹ thuật sản xuất đã góp phần tạo ra những chiếc xe ô tô hiện đại với đầy đủ tiện nghi, tính an toàn cao

và đáp ứng được các yêu cầu về tiêu chuẩn môi trường Trong xu thế phát triển đó, nên nhiều hệ thống và trang thiết bị trên ô tô ngày nay được điều khiển bằng điện tử, đặc biệt là các hệ thống an toàn như hệ thống phanh, hệ thống lái trên ô tô… Ngoài ra, để đảm bảo yêu cầu tiêu chuẩn về ô nhiễm môi trường, về tính năng hoạt động và hiệu suất sử dụng nhiên liệu thì các cải tiến liên quan đến động cơ cũng không kém phần quan trọng như hệ thống điều khiển bằng điện tử động cơ xăng, động cơ Diesel đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới

Với mục tiêu nâng cao sự hiểu biết cho sinh viên về một số hệ thống phun diesel điện tử, phương pháp kiểm tra sửa chữa và tăng cường thiết bị phục vụ cho việc dạy và học ngành Công nghệ kỹ thuật (CNKT) ô tô Nhóm

tác giả Trường Đại học Sao Đỏ chọn đề tài "Nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt sa

bàn hệ thống phun Diesel điện tử và xây dựng hệ thống bài tập trên sa bàn phục vụ công tác đào tạo"

Nhóm tác giả đã tích cực nghiên cứu thực hiện đề tài Tuy nhiên, do hạn chế về các nguồn lực nên việc tìm hiểu và đánh giá sâu hệ thống phun diesel điện tử các hãng khác nhau trên thế giới hiện đang áp dụng còn chưa nhiều Vì vậy, nhóm tác giả rất mong sự đóng góp ý kiến của hội đồng khoa học công nghệ và bạn đọc

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu về động cơ diesel 1

1.1.2 Các nghiên cứu ở trong nước 2

1.2 Giới thiệu một số hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ diesel 3

1.2.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel dùng bơm dãy 3

1.2.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel dùng bơm phân phối 4

1.2.3 Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel dùng bơm VE 5

1.2.4 Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel điều khiển điện tử (Comman Rail) 7

2.1 Đặc tính phun của hệ thống nhiên liệu diesel 9

2.1.1 Hệ thống nhiên liệu kiểu cũ 9 2.1.2 Hệ thống phun diesel điện tử 9

2.2 Hệ thống phun diesel điện tử EFI thông thường 10

2.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận 11

2.3 Hệ thống phun diesel điện tử loại Common Rail 21

2.3.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu 21 2.3.2 Hệ thống điều khiển điện tử 28

2.4 Những hư hỏng thường gặp, phương pháp kiểm tra, chẩn đoán hệ

thống diesel điện tử

37

2.4.1 Những hư hỏng của hệ thống phun diesel điện tử 37

2.4.2 Phương pháp kiểm tra, chẩn đoán và sửa chữa hệ thống 39

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÔ PHỎNG, LẮP ĐẶT SA BÀN VÀ

3.1 Mô phỏng hoạt động của hệ thống phun diesel điện tử bằng phần

3.2.2 Lắp đặt, vận hành và hiệu chỉnh hệ thống 64 3.2.3 Trình tự các bước vận hành sa bàn 67

3.3 Xây dựng nội dung hệ thống bài tập thí nghiệm trên sa bàn 67 3.3.1 Sơ đồ mạch điều khiển ECU của động cơ Toyota 3C-TE 67 3.3.2 Nội dung các bài thí nghiệm trên sa bàn 69

KÝ HIỆU VIẾT TẮT

KÝ HIỆU DIỄN GIẢI

ECT Nhiệt độ nước làm mát (THW) ECU Bộ điều khiển điện tử

EDU Bộ dẫn động điện tử

EGR Tuần hoàn khí xả

EGR-VM Bộ điều biến chân không EGR E-VRV Van điều áp chân không điện tử GND Nối mát

HSSV Học sinh, sinh viên

IAC Điều khiển tốc độ không tải (ISC) IAT Nhiệt độ khí nạp

MAF Cảm biến lưu lượng khí nạp

MAP Áp suất chân không đường ống nạp

NE Cảm biến tốc độ động cơ

OBD Hệ thống tự chẩn đoán (OBD)

SCV Van điều khiển hút

SPV Van điều khiển phun sớm

TACH Tín hiệu tốc độ động cơ đến đồng hồ

DANH MỤC BẢNG, HÌNH

Bảng 2.2 Những hư hỏng của hệ thống diesel điện tử 38

Bảng 2.3 Bảng mã hư hỏng và phương pháp kiểm tra sửa chữa 42

Hình 1.1 Sơ đồhệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel 3

Hình 1.2 Cấu tạo bơm phân phối 4

Hình 2.2 Đường đặc tính phun của hệ thống common rail 9

Hình 2.4 Vị trí các bộ phận của hệ thống trên ô tô 11

Hình 2.10 Hai loại van điều khiển lượng nhiên liệu 13

Hình 2.22 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa áp suất và điện áp ra 17

Hình 2.25 Cảm biến nhiệt độ khí nạp trên đường ống 18

Hình 2.26 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu trên động cơ 18

Hình 2.28 Sơ đồ điều khiển tính toán lượng phun cơ bản 19

Hình 2.29 Sơ đồ điều khiển tính toán lượng phun tối đa 19

Hình 2.46 Cảm biến áp suất nhiên liệu 26

Hình 2.52 Sơ đồ vị trí các bộ phận của hệ thống điều khiển điện tử 29

Hình 2.54 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ Toyota 2KD-FTV 31

Hình 3.1 Giao diện màn hình Window với thanh công cụ main 43

Hình 3.2 Giao diện màn hình với thanh công cụ Library - Buttons 44

Hình 3.3 Giao diện màn hình Window với chức năng Actions 44

Hình 3.4 Giao diện màn hình viết lệnh cho chương trình mô phỏng 44

Hình 3.5 Giao diện màn hình thao tác với các lớp (layer) 45

Hình 3.6 Giao diện màn hình thư viện 45

Hình 3.8 Thuộc tính cho nét vẽ 46

Hình 3.10 Bảng chọn loại đường nét, màu của nét vẽ 47

Hình 3.12 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống phun diesel điện tử EFI thông thường 49

Hình 3.13 Giao diện màn hình mô phỏng nguyên lý làm việc của hệ

thống phun diesel điện tử EFI thông thường

50

Hình 3.14 Giao diện mô phỏng hoạt động của hệ thống phun diesel điện

tử EFI thông thường

50

Hình 3.15 Giao diện màn hình mô phỏng bơm tiếp nhiên liệu loại cánh gạt 51

Hình 3.18 Mô phỏng nguyên lý hoạt động của bơm cao áp 52

Hình 3.19 Giao diện màn hình mô phỏng của bộ định thời thời điểm phun 53

Hình 3.20 Mô phỏng nguyên lý hoạt động của bộ định thời thời điểm phun 54

Hình 3.21.Giao diện màn hình mô phỏng nguyên lý của vòi phun 54

Hình 3.22 Mô hình mô phỏng nguyên lý hoạt động của vòi phun 55

Hình 3.23 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống phun diesel điện tử loại Common Rail 55

Hình 3.24 Mô phỏng nguyên lý hoạt động của hệ thống 56

Hình 3.25 Mô phỏng nguyên lý hoạt động của bơm tiếp liệu 56

Hình 3.26 Giao diện màn hình mô phỏng nguyên lý của bơm cao áp 57

Hình 3.29 Giao diện mô phỏng hệ thống nhiên liệu diesel điện tử EFI

Hình 3.38 Vị trí vòi phun và ống nghiệm 65

Hình 3.39 ECU và hộp công tắc 65 Hình 3.40 Sa bàn hệ thống 66 Hình 3.41 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ TOYOTA 3C – TE A/T 68

Hình 3.42 Sơ đồ mạch điện cấp nguồn và nối mát ECU 70

Hình 3.54 Đo điện trở cảm biến tốc độ bơm 81

Hình 3.55 Đo điện trở cảm biến trục khuỷu 81

Hình 3.56 Hiển thị xung cảm biến tốc độ bơm và cảm biến vị trí trục khuỷu 82

Hình 3.59 Kiểm tra điện áp chân cảm biến 85

Hình 3.60 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (THF) 88

Hình 3.61 Kiểm tra điện áp cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (THF) 89

Hình 3.62 Sơ đồ mạch điện cảm biến áp suất đường ống nạp 89

Hình 3.64 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW) 92

Hình 3.65 Kiểm tra điện áp cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW) 92

Hình 3.66 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ không khí nạp (THA) 93

Hình 3.68 Sơ đồ mạch điện của điện trở hiệu chỉnh 95

Hình 3.69 Đo điện trở hiệu chỉnh 96

Hình 3.74 Sơ đồ mạch điện giắc chẩn đoán (Diagnosic) 99

Hình 3.76 Thiết bị chẩn đoán và kết nối với giắc chẩn đoán 102

Hình 3.78 Màn hình báo lỗi 103

+ Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiên liệu - không khí

+ Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp

+ Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun để làm giảm khí HC

Chính vì vậy hiện nay hệ thống phun diesel điện tử đã được ứng dụng rộng rãi trên nhiều loại xe, máy công trình của các hãng khác nhau như Toyota, Mercedes, Hyundai, Ford, Mitsubishi, Komatsu, Hino, Isuzu, Caterpilar, Volvo, Đây là hệ thống tương đối mới với thị trường Việt Nam; tài liệu, thiết bị thí nghiệm phục vụ cho học tập còn hạn chế vì chủ yếu bằng tiếng nước ngoài và đắt tiền, gây trở ngại cho việc nắm bắt kịp thời các công nghệ mới của thế giới Vì thế, nhóm tác giả đề xuất thực hiện đề tài "Nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt sa bàn hệ thống phun Diesel điện tử và xây dựng hệ

thống bài tập trên sa bàn phục vụ công tác đào tạo" nhằm bổ sung thêm nguồn

tài liệu tham khảo học tập và thiết bị thực hành thí nghiệm giúp giảng viên và học sinh, sinh viên khoa CNKT ô tô - Trường Đại Học Sao Đỏ nắm được kiến thức tổng quát về hệ thống, đồng thời nâng cao kỹ năng kiểm tra, chẩn đoán

và sửa chữa hệ thống Nâng cao chất lượng đào tạo đáp ứng nhu cầu của xã hội

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Nâng cao hiểu biết cho giảng viên, giáo viên và HSSV về hệ thống nhiên liệu diesel điện tử

- Tăng cường các thiết bị cho phòng thí nghiệm, xây dựng các bài tập

thí nghiệm về hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

- Nâng cao chất lượng giảng dạy các môn học thực hành ôtô của ngành CNKT ôtô tại Trường Đại học Sao Đỏ

3.2 Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng

Hệ thống hóa và kế thừa có chọn lọc các kết quả nghiên có liên quan Quá trình thu thập thông tin, phân tích, đánh giá dựa trên cơ sở lý thuyết và thực tế sử dụng nhằm mục đích lựa chọn được kết cấu và nguyên tắc hoạt động của mô hình phù hợp nhất

Phương pháp chế tạo: San bàn được chế tạo đơn lẻ theo từng bộ phận điển hình trên cơ sở chế tạo hoặc chọn mua trên thị trường

Phương pháp mô phỏng: Dựa trên bản vẽ thiết kế nhóm sẽ mô phỏng sự hoạt động của hệ thống trên phần mềm Flash

Phương pháp thực nghiệm: Thiết kế chế tạo, lắp đặt vận hành và hiệu chỉnh sự hoạt động của sa bàn phù hợp, từ đó xây dựng các bài tập, thí nghiệm ứng dụng vào giảng dạy

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Hệ thống phun Diesel điện tử trên động cơ ô tô (Toyota 3C-TE)

5 Phạm vi áp dụng của đề tài

Đề tài được áp dụng cho HSSV các bậc học: cao đẳng, đại học ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

6 Kết cấu của đề tài

Ngoài phần mở đầu và kết luận, đề tài gồm 3 chương:

Chương 1 Khái quát về động cơ diesel và hệ thống cung cấp nhiên liệu Chương 2 Hệ thống phun Diesel điện tử

Chương 3 Nghiên cứu thiết kế mô phỏng, lắp đặt sa bàn và xây dựng hệ thống bài tập thí nghiệm

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL

VÀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu về động cơ diesel

1.1.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài

Động cơ Diesel được phát minh vào năm 1892 nhờ kỹ sư người Đức Rudolf Diesel, hoạt động theo nguyên lý tự cháy Ở gần cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ để hình thành hòa khí rồi tự bốc cháy Đến năm 1927 Robert Bosch mới phát triển bơm cao áp (bơm phun Bosch lắp cho động cơ Diesel trên ôtô thương mại và ôtô khách vào năm 1936)

Năm 1936 Bơm phun Bosch được sản xuất và lắp cho động cơ diesel trên các ôtô thương mại và ôtô khách Tuy nhiên, phải đến cuối những năm 60 của thế kỷ trước hệ thống Common Rail mới được phát minh bởi Robert Huber, người Switzerland Công trình này sau đó được tiến sĩ Marco Ganser của viện nghiên cứu kỹ thuật Thụy Sĩ tại Zurich tiếp tục nghiên cứu và phát triển

Vào giữa những năm 1980 FIAT đã đi sâu nghiên cứu cải tiến hệ thống nhiên liệu dùng cho động cơ Diesel nhằm thoả mãn các yêu cầu sau: Tiêu hao nhiên liệu thấp; cải thiện đặc tính công suất của động cơ Diesel, để có mô-men lớn ở số vòng quay nhỏ; cải thiện đặc tính khởi động lạnh; giảm tiếng ồn do cháy gây ra do; đáp ứng yêu cầu ngày càng khắt khe về khí xả

Năm 1986 Bosch đã đưa ra thị trường việc điều khiển điện tử cho hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel được gọi là hệ thống nhiên liệu Common Rail Đến giữa những năm 1990, được phát triển tiếp bởi tiến sĩ Shohei Itoh và Masahiko Miyaki của tập đoàn Denso (Nhật Bản) Năm 1993 hệ thống nhiên liệu mới đã thành công trong thí nghiệm và nhờ kết hợp với hãng Robert Bosch năm 1997 hệ thống nhiên liệu mới cho động cơ Diesel được gọi là Common Rail được sản xuất hàng loạt

Hiện nay hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử, cơ cấu chấp hành thủy lực (HEUI-Hydrolically Actuated, Electronically Controlled, Unit Injection) đã được nghiên cứu và phát triển, mở ra một bước phát triển cho hệ thống cấp nhiên liệu động cơ diesel

Ra đời sớm nhưng động cơ Diesel không phát triển như động cơ xăng

do gây ra nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn Tuy nhiên cùng với sự phát triển của kỹ

- Tăng tốc độ phun để giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc độ hòa trộn nhiên liệu và không khí

- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp

- Điều chỉnh quy luật phun theo hướng kết thúc nhanh quá trình phun

- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả

Hiện nay các nhược điểm đó đã được khắc phục bằng cách cải tiến một số

bộ phận của hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử như: bơm cao áp điều khiển điện tử; vòi phun điện tử; ống tích trữ nhiên nhiệu áp suất cao (ống Rail)

Trong động cơ Diesel hiện đại, áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi phun một cách riêng rẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong ống Rail và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu So với các hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thông thường thì Common Rail Diesel đã đáp ứng và giải quyết được những vấn đề:

- Giảm tối đa mức độ tiếng ồn

- Nhiên liệu được phun ra với áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, áp suất phun có thể đạt tới 184 MPa Thời gian phun cực ngắn và tốc

độ phun cực nhanh (khoảng 1,1 m/s)

- Có thể thay đổi áp suất phun và thời điểm phun tùy theo chế độ làm việc của động cơ; tiết kiệm nhiên liệu; giảm mức độ ô nhiễm môi trường

1.1.2 Các nghiên cứu ở trong nước

Ở Việt Nam, từ năm 1960 Nhà máy Cơ khí Trần Hưng Đạo (Hà Nội) đã nghiên cứu sản xuất động cơ diesel 2-20; đó là động cơ có 2 xy lanh, công suất

20 mã lực; đến năm 1972, Nhà máy sản xuất động cơ diesel 12 mã lực; 1 xy lanh loại nằm có công suất 12 mã lực được lắp trên các máy cày tay cỡ nhỏ

hiệu Bông Sen Sau năm 1975, nhà máy Vikyno và Vinappro (ở khu kỹ nghệ Biên Hòa) đi vào chế tạo động cơ diesel 1 xy lanh mang ký hiệu D9 (có công suất 9 mã lực) và D6 (có công suất 6 mã lực) Hiện các nhà máy này vẫn sản xuất động cơ diesel với cơ cấu cung cấp nhiên liệu thông thường

Tuy nhiên, hiện nay tại Việt Nam hệ thống phun diesel điện tử đã được ứng dụng rộng rãi trên nhiều loại xe ô tô, máy công trình của các hãng khác nhau trên thế giới Tài liệu viết về hệ thống phun diesel điện tử còn ít, hoặc chỉ nêu kết cấu nguyên lý chung của hệ thống Các nghiên cứu chuyên sâu về hệ thống cần phải có máy móc thiết bị hiện đại, đắt tiền nên chỉ một số trung tâm, viện nghiên cứu mới có điều kiện áp dụng Các nghiên cứu chủ yếu chỉ tập trung trong nội bộ các hãng sản xuất và tài liệu chủ yếu viết bằng tiếng nước ngoài nên việc nghiên cứu về kết cấu, nguyên lý hoạt động và kiểm tra sửa chữa bảo dưỡng hệ thống phun diesel điện tử của kỹ thuật viên và đặc biệt là sinh viên học sinh ở các cơ sở đào tạo gặp nhiều khó khăn

Việc nghiên cứu và ứng dụng để kiểm tra, chẩn đoán, sửa chữa hệ thống phun diesel điện tử là yêu cầu đặt ra với các cơ sở đào tạo phải có đội ngũ giảng viên hiểu biết sâu về hệ thống và có mô hình thực tế để nghiên cứu và ứng dụng vào giảng dạy Do vậy tập thể giảng viên Trường Đại học Sao Đỏ đã

thực hiện đề tài khoa học: "Nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt sa bàn hệ thống phun Diesel điện tử và xây dựng hệ thống bài tập trên sa bàn phục vụ công tác đào tạo”, nhằm mục đích tăng cường cơ sở vật chất, tài liệu học tập cho

HSSV ngành công nghệ kỹ thuật ô tô, đáp ứng được yêu cầu của thực tiễn

1.2 Giới thiệu chung một số hệ thống nhiên liệu trên động cơ diesel

1.2.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel dùng bơm dãy

a) Sơ đồ cấu tạo

Trên hình 1.1 trình bày sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel dùng bơm cao áp phân phối

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel

(1) Thùng chứa nhiên liệu (2) Bơm chuyển nhiên liệu (3) Bầu lọc nhiên liệu (4) Bơm cao áp (5) Bộ điều chỉnh góc phun sớm (6) Bộ điều tốc

(7) Vòi phun (8) Đường dầu đi (9) Đường dầu hồi

b) Nguyên lý làm việc

Khi động cơ làm việc, bơm chuyển nhiên liệu (2) sẽ hút nhiên liệu từ thùng chứa (1) đẩy lên bầu lọc (3) ở đây nhiên liêu được lọc sạch các cặn bẩn được giữ lại ở đây, sau đó chuyển đến bơm cao áp bơm cao áp (4) Khi nhiên liệu bị nén trong bơm cao áp dến áp suất cao, nhiên liệu sẽ đi theo đường ống đẩy nhiên liệu cao áp đến vòi phun (7) Vào thời điểm piston đã lên gần điểm chết trên khi đó không khí trong xylanh đã bị nén với áp suất lớn (30 - 40) kG/cm2 và nhiệt độ cao 800 - 1000oK thì áp suất nhiên liệu cũng đạt đến giá trị cần thiết (125 - 175) kG/cm2 để nâng kim phun mở lỗ phun và nhiên liệu được phun ra dưới dạng sương mù và được phân bố đều trong toàn bộ thể tích buồng cháy để hình thành hỗn hợp trong thời gian ngắn và quá trình cháy bắt đầu Quá trình phun kết thúc, khi bơm cao áp ngắt hoàn toàn việc cung cấp nhiên liệu cao áp Lượng nhiên liệu thừa trong bơm cao áp, bầu lọc và vòi phun được xả trở về thùng chứa theo các đường ống hồi dầu nhiên liệu

1.2.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel dùng bơm phân phối

a) Cấu tạo

b) Nguyên lý làm việc

Khi bật khóa điện và động cơ làm việc, thông qua bộ truyền đai, trục cơ dẫn động trục bơm quay Bơm chuyển nhiên liệu làm việc và hút hút nhiên liệu từ thùng chứa (31) qua bầu lọc (28) được đẩy vào buồng bơm Van điều chỉnh áp suất (30) được lắp trên cửa ra của bơm chuyển nhiên liệu, khi áp suất

Hình 1.2 Cấu tạo bơm phân phối

1 Trục truyền động; 2 Bơm chuyển nhiên liệu; 3 Con lăn và vòng con lăn; 4

Bộ điều khiển phun sớm; 5 Đĩa cam; 6

Lò xo hồi vị piston bằng cơ khí; 7 Bạc điều chỉnh nhiên liệu; 8 Rãnh chia; 9 Lỗ chia; 10 Đường dẫn nhiên liệu; 11 Van cao áp; 12 Piston; 13 Khoang cao áp;

14 Cửa nạp; 15 Van điện từ; 16 Cần khởi động; 17 Cần điều khiển; 18 Vít điều chỉnh toàn tải; 19 Cần hiệu chỉnh;

20 Đường dầu hồi; 21 Lò xo không tải;

22 Đòn cắt nhiên liệu; 23 Ống trượt bộ điều tốc; 24 Lò xo điều tốc; 25 Cần ga;

26 Quả văng; 27 Bánh răng bộ điều tốc;

28 Bầu lọc nhiên liệu; 29 Trục bộ điều tốc; 30 Van điều chỉnh áp suất; 31 Thùng nhiên liệu; 32 Vòi phun

nhiên liệu trong buồng bơm vượt quá giá trị cho phép sẽ đẩy mở van, nhiên liệu dư được đẩy trở lại đường nạp Đường dầu hồi (20) được lắp trên nắp bơm, thông buồng bơm với thùng nhiên liệu (31) để ổn định nhiệt độ và áp suất trong buồng bơm, đồng thời thường xuyên tự xả e cho bơm chia

Piston chia (12) vừa chuyển động quay, vừa chuyển động tịnh tiến do đĩa cam (5) truyền tới Đĩa cam quay nhờ trục truyền (1) qua khớp nối trung gian, đồng thời các vấu cam trên đĩa cam sẽ trượt trên các con lăn, cùng với sự tác động của lò xo hồi vị piston tạo nên chuyển động tịnh tiến cho đĩa cam Chuyển động quay của piston (12) để đóng, mở đường dầu vào khoang cao áp (13), còn chuyển động tịnh tiến để nạp và nén nhiên liệu Trường hợp nạp nhiên liệu, khi piston đi xuống và rãnh vát trên đầu piston mở cửa nạp, nhiên liệu trong khoang bơm qua đường nạp, qua rãnh vát của piston chia vào khoang cao áp (13) Trường hợp piston đi lên, quá trình nén nhiên liệu được bắt đầu khi đầu piston đóng cửa nạp (14), tới khi lỗ chia trên piston (9) trùng với lỗ chia trên xi lanh (8), thì nhiên liệu có áp suất cao đẩy mở van triệt hồi (11) vào đường ống cao áp và tới vòi phun (32)

Quá trình kết thúc cung cấp nhiên liệu khi bạc điều chỉnh (7) mở cửa xả trên piston, khi đó nhiên liệu từ khoang cao áp (13) được xả tự do trở lại khoang bơm Lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ được điều khiển bởi bạc điều chỉnh (7) thông qua bộ điều tốc ly tâm và cần ga (25) sao cho phù hợp với các chế độ khác nhau Khi tốc độ động cơ tăng, góc phun sớm nhiên liệu được điều chỉnh bằng bộ điều chỉnh phun sớm (4) Khi muốn tắt máy ta ngắt khóa điện, van điện từ (15) đóng đường nạp nhiên liệu vào khoang cao áp (13)

1.2.3 Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel điện tử dùng bơm VE

a) Bơm VE điều khiển điện tử có một piston hướng trục

* Cấu tạo:

- Bơm sơ cấp, khớp

chữ thập dẫn động cam,

vành con lăn, cơ cấu điều

khiển phun sớm, van điều

khiển lượng phun SPV,

van điều khiển phun sớm

TCV, cảm biến tốc độ…

Hình 1.3 Cấu trúc của bơm VE loại hướng trục

- Không có quả ga và piston không có lỗ ngang Vì vậy để điều chỉnh lượng nhiên liệu phun thì bơm sử dụng một van xả áp thông với khoang xylanh

* Hoạt động:

Khi động cơ làm việc thì một bơm sơ cấp loại cánh gạt được bố trí trong bơm VE sẽ hút dầu từ thùng dầu qua lọc và nén trong khoang bơm đến áp suất 2÷ 7 (kg/cm2) và gọi là áp suất sơ cấp Sau đó dầu có áp suất này được đưa tới chờ sẵn tại cửa nạp và khi phần xẻ rãnh của piston trùng với cửa nạp thì dầu được nạp vào khoang xylanh Khi piston quay lên thì phần không xẻ rãnh ở đầu piston sẽ che lấp cửa nạp, đồng thời lúc này phần lồi của cam đĩa sẽ tác động lên con lăn làm cho piston bị đẩy lên để nén dầu trong khoang xylanh Dầu trong khoang xylanh bị nén tới gần áp suất phun thì cửa chia dầu trên piston trùng với một đường dẫn ra một vòi phun nào đó Do vậy, khi dầu trong khoang xylanh đạt tới áp suất phun thì van ngắt dầu mở, dầu theo đường cao

áp tới kim phun Nó sẽ mở kim phun và phun dầu vào buồng cháy động cơ Lượng dầu phun vào động cơ nhiều hay ít phụ thuộc vào thời điểm mở van xả

áp Nếu vòi phun đang phun mà van xả áp mở ra thì dầu trong khoang xylanh

sẽ thông qua van xả áp về khoang bơm làm mất áp suất phun

b) Bơm VE điều khiển điện tử loại nhiều piston hướng kính

* Cấu tạo:

Bơm VE loại này vẫn có

một bơm sơ cấp để tạo ra áp

suất sơ cấp nạp vào trong

khoang bơm Trục bơm được

nối với roto và ở roto bố trí 4

piston hướng kính chịu tác

động của các con lăn thông qua

đế con lăn, ở giữa là một lỗ

khoang dọc tâm, lỗ khoang này

thông với cửa nạp dầu và cửa

chia dầu Phía ngoài roto là một

vành cam

* Hoạt động:

Khi động cơ làm việc thì dầu có áp suất sơ cấp sẽ chờ sẵn ở cửa nạp dầu

và đến khi một lỗ xẻ rãnh ở trên roto trùng với cửa nạp thì dầu sẽ được nạp vào trong khoang xylanh, tiếp sau đó thì lỗ xẻ rãnh trên roto sẽ che lấp lỗ nạp

Hình 1.4 Cấu trúc bơm VE loại hướng kính

dầu đồng thời các con lăn sẽ lăn lên phần lồi của vành cam nên các piston có

xu hướng chuyển động dập vào với nhau để nén dầu trong khoang xylanh Khi

áp suất dầu gần đạt tới áp suất phun thì một lỗ xẻ rãnh khác trên roto lại trùng với cửa chia dầu ra một vòi phun nào đó Nên khi dầu trong khoang xylanh đạt tới áp suất phun thì vòi phun sẽ phun dầu vào buồng cháy động cơ, còn lượng

phun nhiều hay ít phụ thuộc vào thời điểm mở van xả áp

1.2.4 Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel điều khiển điện tử (Common Rail)

a) Cấu tạo

Hình 1.5 Cấu tạo hệ thống Common Rail

1 Thùng nhiên liệu; 2 Bơm

cao áp Common rail; 3 Lọc

nhiên liệu; 4 Đường cấp

nhiên liệu cao áp; 5 Đường

nối cảm biến áp suất đến

ECU ; 6 Cảm biến áp suất;

7 Common Rail tích trữ &

điều áp nhiên liệu; 8 Van an

toàn (giới hạn áp suất); 9

Vòi phun; 10 Các cảm biến

nối đến ECU và Bộ điều

khiển thiết bị (EDU);

11.Đường về nhiên liệu

(thấp áp)

+ Hệ thống cung cấp nhiên liệu: gồm thùng nhiên liệu, lọc nhiên liệu,

bơm cao áp, ống phân phối, kim phun, các đường ống cao áp Hệ thống cung cấp nhiên liệu có công dụng hút nhiên liệu từ thùng chứa sau đó nén nhiên liệu lên áp suất cao và chờ tín hiệu điều khiển từ ECM sẽ phun nhiên liệu vào buồng đốt

+ Hệ thống điều khiển điện tử: gồm bộ xử lý trung tâm ECM, bộ

khuyếch đại điện áp để mở kim phun EDU, các cảm biến đầu vào và bộ chấp hành ECM thu thập các tín hiệu từ nhiều cảm biến khác nhau để nhận biết tình trạng hoạt động của động cơ, sau đó tính toán lượng phun, thời điểm phun nhiên liệu và gửi tín điều khiển phun đến EDU để EDU điều khiển mở kim phun Ngoài ra hệ thống điều khiển điện tử còn tính toán và điều khiển áp suất nhiên liệu và tuần hoàn khí xả

b) Nguyên lý làm việc

+ Vùng nhiên liệu áp suất thấp: Bơm tiếp vận (nằm trong bơm cao áp)

hút nhiên liệu từ thùng chứa → qua lọc nhiên liệu để lọc sạch cặn bẩn và tách nước và đưa đến van điều khiển hút (SCV) lắp trên bơm cao áp

+ Vùng nhiên liệu áp suất cao: Nhiên liệu từ van điều khiển hút (SCV)

được đưa vào buồng bơm, tại đây nhiên liệu sẽ được bơm cao áp nén lên áp suất cao và thoát ra đường ống dẫn cao áp đi đến ống phân phối và từ ống phân phối đi đến các kim phun chờ sẵn Áp suất nhiên liệu sẽ được quyết định bởi tính toán của ECM tùy theo chế độ làm việc của động cơ thông qua các tín hiệu cảm biến gửi về ECM sẽ điều khiển mức độ đóng mở của van SCV để điều khiển áp suất hệ thống

+ Điều khiển phun nhiên liệu: ECM tính toán thời điểm và lượng nhiên liệu phun ra tối ưu cho từng chế độ làm việc cụ thể của động cơ dựa vào tín hiệu từ cảm biến gửi về và gửi tín hiệu yêu cầu phun nhiên liệu đến EDU EDU có nhiệm vụ khuyếch đại điện áp từ 12V → 85V cấp đến kim phun để

mở kim → nhiên liệu có áp suất cao đang chờ sẵn trong ống phân phối sẽ phun vào buồng đốt khi kim mở và dứt phun khi EDU ngừng cấp điện cho kim phun Thời điểm bắt đầu phun được quyết định bởi thời điểm ECM phát tín hiệu phun, lượng nhiên liệu phun ra được quyết định bởi độ dài thời gian phát tín hiệu phun của ECM Tín hiệu yêu cầu phun phát ra càng sớm thời điểm phun càng sớm và ngược lại, tín hiệu yêu cầu phun phát ra càng dài

lượng nhiên liệu phun ra càng nhiều và ngược lại

CHƯƠNG 2

HỆ THỐNG PHUN DIESEL ĐIỆN TỬ

2.1 Đặc tính phun của hệ thống nhiên liệu diesel

2.1.1 Hệ thống nhiên liệu kiểu cũ

Hệ thống phun kiểu cũ dùng

bơm phân phối hay bơm thẳng hàng

(distributor or inline injection pumps),

việc phun nhiên liệu chỉ có một giai

đoạn gọi là giai đoạn phun chính (main

injection phase), không có khởi phun

và phun kết thúc

Việc tạo ra áp suất và cung cấp lượng nhiên liệu diễn ra song song với nhau bởi cam và piston bơm cao áp, điều này tạo ra các tác động xấu đến đường đặc tính phun như:

- Áp suất phun tăng đồng thời với tốc độ và lượng nhiên liệu được phun

- Suốt quá trình phun, áp suất phun tăng lên và lại giảm xuống theo áp lực đóng của ty kim ở cuối quá trình phun

Kết quả là:

- Khi phun với lượng dầu ít thì áp suất phun cũng nhỏ và ngược lại

- Áp suất đỉnh cao gấp đôi áp suất phun trung bình

Để quá trình cháy hiệu quả, đường cong mức độ phun nhiên liệu thực tế

có dạng tam giác

Áp suất đỉnh quyết định tải trọng đặt lên các thành phần của bơm và các thiết bị dẫn động Ở hệ thống nhiên liệu cũ, nó còn ảnh hưởng đến tỉ lệ hỗn hợp A/F trong buồng cháy

2.1.2 Hệ thống phun diesel điện tử CDI

Hệ thống common rail, với đặc

điểm phun 2 lần: phun sơ khởi và phun

chính

a) Phun sơ khởi (pilot injection)

Phun sơ khởi có thể diễn ra sớm

đến 90o trước điểm chết trên (BTDC)

Hình 2.1 Đặc tính phun dầu thường

Hình 2.2 Đường đặc tính phun của hệ thống common rail

và nhiên liệu cháy một phần Điều này giúp giảm thời gian trễ cháy, tăng nhanh áp suất khí cháy và áp suất cực đại dẫn đến quá trình cháy êm dịu hơn

Kết quả là giảm tiếng ồn của động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và trong nhiều trường hợp giảm được nồng độ các chất độc hại trong khí thải Quá trình phun sơ khởi đóng vai trò gián tiếp trong việc làm tăng công suất của động cơ

b) Giai đoạn phun chính (main injection)

Công suất đầu ra của động cơ xuất phát từ giai đoạn phun chính tiếp theo giai đoạn phun sơ khởi Điều này có nghĩa là giai đoạn phun chính giúp tăng lực kéo của động cơ Với hệ thống common rail, áp suất phun vẫn giữ không đổi trong suốt quá trình phun

Ngoài ra trên một số kiểu động cơ còn có giai đoạn phun thứ cấp ondary injection) để giảm lượng phát thải độc hại, đốt cháy NOx

(sec-2.2 Hệ thống phun diesel điện tử EFI thông thường

2.2.1 Sơ đồ nguyên lý

Hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển điện tử dùng bơm cao áp phân phối kiểu VE (VE EDC) hình 2.3 tương tự như ở hệ thống diesel điều khiển cơ khí, nhiên liệu cao áp được tạo ra từ bơm và được đưa đến từng kim phun nhờ ống cao áp nhưng việc điều khiển thời điểm và lưu lượng phun được ECU quyết định thông qua việc điều khiển hai van điện từ là TCV - timing control valve và SPV - spill control valve

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu VE – EDC

Sơ đồ vị trí của bơm cao áp, các cảm biến và ECU trên xe như trên hình vẽ:

2.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận

a) Bơm cao áp

* Bơm tiếp vận:

Thuộc loại bơm cánh gạt có bốn

cánh và một rotor Khi trục dẫn động

quay làm roto quay, các cánh gạt dưới

tác dụng của lực ly tâm ép sát vào vách

buồng áp suất và ép nhiên liệu tới thân

bơm Khi bơm cấp liệu quay sẽ hút

nhiên liệu từ thùng chứa, qua bộ lọc

nhiên liệu đi vào trong thân bơm với

một áp suất được giới hạn bởi van điều

khiển

* Cảm biến tốc độ:

Cảm biến này được lắp trên bơm

cao áp bao gồm một roto ép dính với

trục dẫn động và một cảm biến (là một

cuộn dây) Khi roto quay các xung tín

Hình 2.4 Vị trí các bộ phận của hệ thống trên ô tô

Hình 2.5 Cấu tạo bơm tiếp vận

Hình 2.6 Tín hiệu phát ra của

cảm biến

hiệu đươc tạo ra trong cảm biến dưới dạng các xung điện áp hình sin và được gửi về ECU Điện trở cuộn dây ở 200C khoảng 205Ω ÷ 255Ω

* Đĩa cam và con lăn:

Đĩa cam được dẫn động bởi trục dẫn

động Khi rotor quay các vấu cam trên đĩa cam

tỳ lên con lăn làm cho piston bơm chuyển

động vừa quay vừa tịnh tiến tạo áp suất cao

cho nhiên liệu, số vấu cam bằng với số xy lanh

động cơ

* Piston bơm:

- Cấu tạo: Piston bơm (hình 2.8) có bốn rãnh hút, một cửa phân phối và được bắt chặt với đĩa cam Piston và đĩa cam tỳ chặt lên mặt con lăn nhờ lò xo piston bơm Số rãnh hút bằng với số xy lanh động cơ (động cơ có bốn xy lanh nên có bốn rãnh hút) Khi đĩa cam quay một vòng thì piston cũng quay một vòng và tịnh tiến 4 lần, mỗi lần tịnh tiến ứng với một lần phun của một kim

phun

- Nguyên lý hoạt động:

+ Giai đoạn nạp: Van SPV đóng do tác dụng của lò xo van, piston bơm dịch chuyển về phía trái, cửa nạp được mở và nhiên liệu từ trong thân bơm được hút vào xylanh bơm

+ Giai đoạn phun: ECU sẽ gửi tín hiệu đến van SPV, SPV vẫn ở trạng

thái đóng, piston bơm bắt đầu dịch chuyển sang phải, nhiên liệu bắt đầu bị nén

và nhiên liệu được đưa đến các kim phun qua ống phân phối

+ Giai đoạn kết thúc phun: ECU ngắt tín hiệu gửi tới van SPV, van

SPV mở, áp suất nhiên liệu trong xylanh bơm giảm xuống, quá trình phun kết thúc

Hình 2.7 Đĩa cam và con lăn

Hình 2.8 Cấu tạo piston bơm Hình 2.9 Nguyên lý hoạt động của piston bơm

* Van điều khiển lượng phun (SPV):

Điện trở của cuộn dây ở 200C khoảng 1÷ 2Ω Có 2 loại van điều khiển SPV:

- Loại thông thường: Được sử dụng trong loại bơm piston hướng trục

- Loại trực tiếp: Được sử dụng trong loại bơm piston hướng kính

- Thời kỳ nạp: Trong thời kỳ nạp, piston di chuyển về bên trái hút nhiên liệu vào buồng bơm Lúc này ECU chưa gửi tín hiệu đến van SCV, lỗ B mở nhưng van chính vẫn đóng

a Thời kỳ nạp; b Thời kỳ phun; c Thời kỳ chuẩn bị dứt phun; d Dứt phun

- Thời kỳ phun: Đến cuối quá trình nạp ECU sẽ gửi tín hiệu đến van SCV, van chính vẫn ở trạng thái đóng Sau đó piston bắt đầu đi lên nén nhiên liệu, nhiên liệu được đưa đến kim phun Nếu áp suất nhiên liệu đủ lớn nén được lò xo van kim thì nhiên liệu sẽ được phun vào động cơ

- Chuẩn bị dứt phun: Khi ECU ngắt tín hiệu, dòng điện trong cuộn dây

bị ngắt, van phụ mở lỗ B Do lỗ B lớn hơn lỗ C nên áp suất nhiên liệu trong van chính sẽ nhỏ hơn bên ngoài nên van chính sẽ bị mở ra

- Dứt phun: Khi van chính mở, nhiên liệu trong xi1anh bơm hồi về trong thân bơm làm cho áp suất nhiên liệu trong xylanh bơm giảm xuống, van

Hình 2.10 Hai loại van điều khiển

lượng nhiên liệu

Hình 2.11 Cấu tạo van SCV

thông thường

Hình 2.12 Quá trình điều khiển vòi phun

Khi piston bơm đi lên, dầu trong xylanh

bơm bị nén lại Lúc này van SPV vẫn đang đóng

do tác dụng của lực tạo ra bởi dòng điện chạy

trong cuộn dây Áp suất nhiên liệu tăng, van cao

áp mở ra, dầu được đưa đến kim phun Nếu áp

suất dầu đủ lớn, van kim sẽ nhấc lên và quá trình

phun bắt đầu

- Khi ECU ngắt tín hiệu điều khiển: Khi

ECU ngắt tín hiệu, lực từ trong cuộn dây không

còn nữa, với tác dụng của áp lực dầu van được

đẩy lên và mở đường dầu hồi về thân bơm Áp

lực nhiên liệu trong buồng bơm giảm xuống, quá

trình phun kết thúc

* Van điều khiển thời điểm phun (TCV):

- Cấu tạo chính của van TCV gồm:

Lõi stator, lò xo và lõi chuyển động Van

được lắp trên bơm cao áp, gần bộ định

thời của bơm Van có vị trí lắp như hình

2.15 Điện trở của cuộn dây ở 200C là 10

Hình 2.13 Cấu tạo SPV hoạt động gián tiếp

-> Khi có tín hiệu điều khiển từ ECU:

Hình 2.14 Khi ngắt tín hiệu điều khiển từ ECU

Hình 2.15 Cấu tạo van TCV

÷14Ω Trong van có hai đường thông với hai buồng của piston định thời

- Nguyên lý hoạt động của van 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

Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý hoạt động

Khi tín hiệu ON ngắn, van TCV mở ít hơn nên áp lực dầu trong buồng bên phải lớn hơn Bộ phun dầu sớm sẽ làm vòng chứa con lăn xoay ngược chiều quay piston bơm làm piston bị đẩy lên sớm hơn Thời điểm phun được điều khiển sớm hơn

Hình 2.17 Điều khiển phun sớm hơn

Khi tín hiệu ON dài, van

TCV mở nhiều hơn nên áp lực

dầu trong buồng bên phải nhỏ

hơn Bộ phun dầu sớm sẽ làm

vòng chứa con lăn xoay cùng

chiều quay piston bơm làm piston

bị đẩy lên muộn hơn Thời điểm

phun được điều khiển muộn hơn Hình 2.18 Điều khiển phun muộn hơn

b) Vòi phun

* Cấu tạo và hoạt động vòi phun một giai đoạn:

Khi áp suất dầu đến đế kim thắng lực lò xo nén, van kim bị đẩy lên, quá trình phun bắt đầu Đối với kim phun một lò xo, để thực hiện phun 2 giai đoạn, ECU sẽ gửi 2 tín hiệu xung để điều khiển kim

* Cấu tạo và hoạt động vòi phun hai giai đoạn:

Khi áp lực nhiên liệu khoảng 18 MPa, lò xo mềm sẽ bị nén lại Van kim

sẽ bị nhấc lên 1 khoảng nhỏ Một lượng nhỏ nhiên liệu sẽ được phun vào buồng đốt

Khi áp lực nhiên liệu tăng đến khoảng 23 MPa thì lò xo cứng sẽ bị nén lại Van kim sẽ được tiếp tục nhấc lên thêm một đoạn nữa Nhiên liệu sẽ được phun nhiều hơn vào trong buồng đốt động cơ Đây là giai đoạn phun thứ 2 Lượng nhiên liệu được phun trước vào trong buồng đốt động cơ sẽ bốc cháy trước làm cho quá trình cháy xảy ra êm dịu hơn

Hình 2.20 Cấu tạo vòi phun hai giai đoạn

c) Các loại cảm biến và tín hiệu đầu vào

* Cảm biến áp suất (PIM):

Cảm biến áp suất được nối với đường ống nạp qua một ống mềm dẫn không khí và một van VSV Nó phát hiện áp suất trên đường ống nạp (lượng không khí nạp vào) Điện áp giữa hai cực cảm biến khi bật công tắc là 4,5 ÷ 5,5V

Điện áp 5V từ ECU được cung cấp cho cảm biến qua chân B1 Điện áp

ra của cảm biến tăng tuyến tính theo áp suất tuabin từ 0,7 ÷ 3,5V gửi về ECU

* Cảm biến vị trí cốt máy (TDC):

Là loại cảm biến từ trở, các bộ phận

chính bao gồm: cuộn dây cảm ứng, nam

châm vĩnh cửu và các răng hoặc vấu sắt

Cảm biến hoạt động dựa trên sự thay

đổi của đường sức từ, do đó dòng điện cảm

ứng sinh ra trong cuộn dây thay đổi, tín hiệu

này được gửi về ECU

* Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW):

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát được

lắp trên thân máy để nhận biết nhiệt độ nước

làm mát của đông cơ Thành phần chính của

cảm biến là một sợi dây nhiệt có nhiệt điện

trở âm (TNC), khi nhiệt độ trong động cơ

tăng thì điện trở giảm

Hình 2.23 Cảm biến vị trí cốt máy (vị trí piston)

Hình 2.24 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Hình 2.21 Cảm biến áp suất Hình 2.22 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa áp suất và điện áp ra

* Cảm biến nhiệt độ khí nạp (THA):

Hình 2.25 Cảm biến nhiệt độ khí nạp trên đường ống

Cũng giống như cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến nhiệt độ khí nạp là loại cảm biến có nhiệt điện trở âm TNC (Negative Temperature Coeffi-cient) được lắp trên đường ống nạp

* Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (THF):

Cũng như cảm biến THA, THW, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu là loại nhiệt điện trở âm, được gắn trên bơm cao áp để đo nhiệt độ nhiên liệu từ thùng chứa gửi về ECU ECU sẽ nhận biết các tín hiệu này và đưa ra tín hiệu điều khiển lượng phun thích hợp Điện áp 5V được cung cấp cho cảm biến hoạt động

* Cảm biến vị trí bướm ga (IDL-VA):

Cấu tạo gồm hai con trượt, ở mỗi đầu

con trượt có các tiếp điểm đưa ra tín hiệu

cầm chừng và tín hiệu mở cánh bướm ga

VC: Chân cấp nguồn 5V IDL: Tín hiệu cầm

chừng E2: Mass VTA: Tín hiệu vị trí

Cảm biến nhiệt dộ khí

d) Hộp điều khiển ECU

- Tính toán lượng phun cơ bản:

ECU sẽ tiếp nhận các tín hiệu từ đó tính toán để đưa ra một lượng phun

cơ bản phù hợp với các chế độ không tải và toàn tải

Tuy nhiên đây mới chỉ là lượng phun cơ bản, để tốc độ động cơ phù hợp với các chế độ hoạt động của động cơ, đặc biệt là khi tăng tốc, ECU còn phải tính toán cả lượng phun tối đa

- Tính toán lượng phun tối đa:

ECU điều chỉnh lượng phun tối đa phù hợp với áp suất không khí nạp vào và sự thay đổi của nhiệt độ không khí (tỷ trọng không khí nạp vào thay đổi phù hợp với nhiệt độ không khí)

Việc phát hiện thời điểm phun thực tế được thực hiện thông qua việc nhận biết các tín hiệu tốc độ động cơ và vị trí trục khuỷu Ngoài ra ECU còn dùng một điện trở hiệu chỉnh để điều chỉnh sự không khớp xuất hiện trong việc điều khiển thời điểm phun giữa các kim

* Xác định thời điểm phun mong muốn:

Hình 2.28 Sơ đồ điều khiển tính toán lượng phun cơ bản

Hình 2.29 Sơ đồ điều khiển

tính toán lượng phun tối đa

Hình 2.30 Đồ thị so sánh giữa hai lượng phun

Thời điểm phun mong muốn được xác định bằng cách tính thời điểm phun cơ bản thông qua tín hiệu từ các cảm biến: tốc độ động cơ, góc mở bàn đạp ga và được hiệu chỉnh trên cơ sở các tín hiệu như áp suất không khí nạp, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát

- Thời điểm phun thực tế:

Hình 2.32 Sơ đồ điều khiển phun thực tế

Việc phát hiện thời điểm phun thực tế được thực hiện thông qua việc nhận biết các tín hiệu tốc độ động cơ và vị trí trục khuỷu Ngoài ra ECU còn dùng một điện trở hiệu chỉnh để điều chỉnh sự không khớp xuất hiện trong việc điều khiển thời điểm phun giữa các kim

- So sánh thời điểm phun thực tế và thời điểm phun mong muốn: ECU

so sánh giữa thời điểm phun thực tế và thời điểm phun mong muốn Sau đó ECU sẽ gửi tín hiệu điều khiển van TCV sao cho đạt được thời điểm phun gần giống 2 giá trị trên

* Điều khiển phun khi khởi động:

Lượng phun khi khởi động được xác định bằng việc xác định lượng phun cơ bản phù hợp với các tín hiệu ON của máy khởi động và tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hình 2.31 Sơ đồ điều khiển thời điểm phun

Ở trường hợp nhiệt độ nước làm mát thấp mà tốc độ động cơ cao thì ECU sẽ điều chỉnh làm sớm thời điểm phun

Hình 2.33 Sơ đồ điều khiển phun khi khởi động

* Điều khiển tốc độ không tải:

ECU tính toán tốc độ mong muốn phù hợp với tình trạng xe, sau đó so sánh giá trị này với tín hiệu 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 điều khiển chạy không tải để cải thiện hoạt động làm ấm động cơ trong chạy không tải nhanh hoặc khi bật công tắc điều hòa nhiệt độ

2.3 Hệ thống phun diesel điện tử loại Common Rail

2.3.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu

a) Kết cấu chung

Hình 2.34 Hệ thống cung cấp nhiên liệu

(1.Thùng nhiên liệu; 2 Lọc nhiên liệu; 3 Bơm cao áp; 4 Ống cao áp;

5 Ống phân phối; 6 Vòi phun; 7 Ống hồi; 8 Két làm mát nhiên liệu)

Nhiên liệu áp suất thấp Nhiên liệu áp suất cao Nhiên liệu hồi

Hình 2.35 Vị trí các chi tiết trong hệ thống

b) Cấu tạo và hoạt động của các bộ phận

* Bơm cao áp:

Bơm cao áp sử dụng loại 2 piston đặt lệch nhau 1800, được dẫn động bởi trục khuỷu động cơ qua cơ cấu bánh răng Bơm cao áp có công dụng hút nhiên liệu từ thùng chứa và nén nhiên liệu lên áp suất cao khoảng 1500 ÷ 1800 bar khi động cơ hoạt động

+ Các bộ phận chính trong bơm cao áp:

- Bơm tiếp vận và van điều áp bơm tiếp vận

- Van điều khiển hút SCV

- Bộ đôi xylanh + piston bơm cao áp

Hình 2.36 Bơm cao áp

+ Bơm tiếp vận: sử dụng

loại bơm rô to, dùng để hút nhiên

liệu từ thùng để đưa đến buồng

bơm cao áp

1.Rôto ngoài 2.Rôto trong 3.Buồng hút 4.Buồng đẩy

Hình 2.37 Bơm tiếp vận

Bơm tiếp vận là loại bơm bánh răng, được lắp trên bơm cung cấp nhiên liệu Nhiên liệu từ thùng nhiên liệu được bơm lên nhờ vào bơm tiếp vận và được đưa vào buồng tạo cao áp, nhưng trước đó nhiên liệu phải đi qua van FPR Bơm tiếp vận được dẫn động bởi trục bơm cung cấp Khi roto bên trong bơm cung cấp quay nhiên liệu sẽ được đưa vào bên trong bơm Nguyên tắc hoạt động của bơm là tạo ra không gian lớn nhỏ liên tục giữa hai bánh răng bơm tiếp vận

- Hoạt động: Khi trục bơm quay theo chiều kim đồng hồ, rô to trong quay

→ kéo rô to ngoài quay → thể tích buồng 3 tăng dần → áp suất buồng 3 giảm → hút nhiên liệu vào buồng 3 Sau đó nhiên liệu được đẩy sang buồng 4, do thể tích buồng 4 giảm dần khi quay → áp suất nhiên liệu tăng lên và đẩy ra ngoài

+ Van điều áp bơm tiếp vận: Để ổn định áp suất tiếp vận khoảng 1.5 bar với bất kỳ tốc độ động cơ, phía đường ra của bơm tiếp vận được lắp van điều

áp để xả áp suất nhiên liệu tiếp vận khi tốc độ động cơ tăng

Hình 2.38 Van điều áp bơm tiếp vận

- Hoạt động: Khi tốc độ động cơ tăng → áp suất nhiên liệu tiếp vận tăng, nếu áp suất nhiên liệu bơm tiếp vận cao hơn 1.5 bar → lực tác dụng lên piston 2 thắng lực lò xo 3 → piston dịch chuyển xuống, mở cửa xả → nhiên liệu xả về buồng nạp bơm tiếp vận → áp suất nhiên liệu giảm → khi áp suất vừa nhỏ hơn 1.5 bar → lò xo đẩy piston 2 đi lên đóng cửa xả → áp suất tăng lên rồi tiếp tục xả Hoạt động này lặp đi lặp lại liên tục → ổn định áp suất nhiên liệu đầu ra của bơm tiếp vận

+ Van điều khiển hút SCV:

Van SCV dùng loại van điện từ, hoạt động nhờ tín hiệu xung hệ số tác dụng từ ECM, có công dụng điều khiển lượng nhiên liệu nạp vào buồng bơm

Khi van mở nhiều → nhiên liệu nạp vào buồng bơm nhiều → áp suất nhiên

liệu trong ống phân phối tăng và ngược lại

Hình 2.40 Van SCV mở nhiều Hình 2.41 Van SCV mở ít

+ Bộ đôi piston và xylanh cao áp

Bộ đôi piston và xylanh cao áp là bộ phận chính của cụm bơm cao áp

Nó có công dụng nén nhiên liệu lên áp suất cao theo yêu cầu từ ECM Bơm cao áp này sử dụng loại 2 piston đặt lệch nhau 1800 (2 tổ bơm đặt đối diện)

Áp suất nhiên liệu tối đa do bơm này tạo ra có thể đạt 1800 bar

Hình 2.42 Bơm cao áp

- Cấu tạo tổ bơm:

Hình 2.43 Cấu tạo tổ bơm

(1.Xylanh bơm; 2 Van bi (cao áp); 3 Lò xo hồi; 4 Cút nối; 5 Piston bơm 6 Lò xo hồi ton; 7 Vành cam)

pis-Cấu tạo mỗi tổ bơm gồm có: xylanh bơm (1) trên đó lắp piston (5), van hút và van bi (2), phía van bi có cút nối để lắp ống dầu cao áp để đưa nhiên liệu cao áp đến ống phân phối Piston bơm được dẫn động bởi vành cam (7) và

lò xo hồi (6)

- Nguyên lý hoạt động:

Hình 2.44 Nguyên lý bơm cao áp

Khi động cơ hoạt động, trục bơm quay làm cam lệch tâm quay kéo vòng cam dịch chuyển lên xuống Khi vòng cam dịch chuyển xuống, lò xo hồi pis-ton A kéo piston A di chuyển xuống tạo chân không trong buồng bơm A → Van nạp piston A mở → nhiên liệu được hút vào buồng bơm A Đồng thời với piston A hoạt động ở pha hút, piston B bị vòng cam di chuyển xuống đẩy xuống dưới, nhiên liệu trong buồng piston B bị nén đến khi áp suất trong buồng bơm lớn hơn áp suất ở ống phân phối → van bi xả mở → nhiên liệu thoát ra ngoài đi đến ống phân phối Khi gối cam lệch tâm quay xuống vị trí thấp nhất, piston A cũng di chuyển hết hành trình hút, piston B di chuyển hết hành trình nén nhiên liệu, quá trình diễn ra ngược lại piston A bắt đầu nén, piston B bắt đầu hút

6 7

Khi piston A ở kỳ hút nhiên liệu thì piston B ở kỳ nén và ngược lại

* Ống phân phối:

Ống phân phối được chế tạo bằng gang đúc, thành ống dày để chịu được

áp suất cao (>1800 bar), một đầu ống được lắp cảm biến áp suất nhiên liệu, đầu còn lại lắp van xả áp Dọc theo thân ống được bố trí các cút nối để nhận nhiên liệu áp suất cao từ bơm cao áp đến và phân phối nhiên liệu áp suất cao đến các kim phun

+ Cảm biến áp suất: dùng để đo áp suất nhiên liệu thực tế trong ống phân phối và báo về ECM, ECM dùng tín hiệu giá trị thực này để so sánh với giá trị áp suất mong muốn sau đó điều khiển mức độ mở của van SCV để điều chỉnh áp suất nhiên liệu đạt giá trị mong muốn

+ Van xả áp: Khi xảy ra

hư hỏng chức năng điều khiển áp

suất, van xả áp trên ống phân

phối đóng vai trò như một van an

toàn nhằm tránh áp suất nhiên

liệu tăng quá cao

Hình 2.47 Van xả áp

- Khi áp suất nhiên liệu lớn hơn 1800bar, lực đẩy do áp suất nhiên liệu tác dụng lên piston (1) thắng lực lò xo → piston (1) dịch chuyển sang trái →

Cảm biến áp suất

Van xả áp

Cút nối

Hình 2.45 Cấu tạo ống phân phối

Hình 2.46 Cảm biến áp suất nhiên liệu

mở cửa xả → nhiên liệu xả ra đường hồi về thùng chứa nhiên liệu, khi áp suất giảm xuống nhỏ hơn 1800bar, lực lò xo thắng lực đẩy nhiên liệu, piston (1) dịch chuyển sang phải, đóng cửa xả, kết thúc việc xả áp

* Vòi phun:

- Cấu tạo: Sử dụng loại kim phun 6 lỗ tia, đường kính lỗ tia 0.14mm,

hoạt động với điện áp 85V

- Nguyên lý hoạt động:

+ Khi chưa có tín hiệu điều

khiển, cuộn dây điện từ chưa được

cấp điện, lò xo hồi nén van điều khiển

xuống bịt kín lỗ tiết lưu lớn, áp suất

nhiên liệu tác dụng lên mặt trên piston

điều khiển thắng lực lò xo nén van

kim nên nén lò xo van kim lại làm

van kim đóng kín lỗ tia, nhiên liệu

Cuộn dây điện từ

Lò xo hồi

Van điều khiển

Lỗ tiết lưu lớn Piston điều khiển

Lò xo nén van kim Van kim

Khi có tín hiệu điều khiển phun (có dòng điện cấp tới kim cuộn dây kim phun), lực từ hút van điều khiển nâng lên, mở lỗ tiết lưu lớn, nhiên liệu từ buồng trên piston điều khiển xả ra cửa xả → lực tác dụng lên piston giảm nhanh, lò xo nén van kim đẩy piston di chuyển lên → giảm lực nén lên ti kim

→ áp suất nhiên liệu phía buồng B đẩy van kim nâng lên → nhiên liệu phun ra các lỗ tia

Khi ngắt tín hiệu phun, cuộn dây điện từ mất điện, lò xo hồi đẩy van điều khiển xuống đóng kín lỗ tiết lưu lớn, áp suất buồng trên piston điều khiển tăng lên bằng áp suất buồng B, Piston điều khiển di chuyển xuống nén lò xo ti kim lại làm tăng lực căng lò xo ti kim → ti kim bị đẩy xuống đóng kín lỗ tia