Nghiên cứu chế tạo edu cho hệ thống phun dầu điện tử common rail

- Động cơ Diezel với nhiều ưu điểm như: + Tính kinh tế nhiên liệu cao, dầu diesel rẻ hơn xăng, mật độ năng lượng trong dầu diesel cao hơn xăng, năng suất to nhiệt c a 1 lít dầu là 8755 c

hại, nhiên liệu được phun vào buồng đốt nhiều lần trong một chu kỳ công tác Việc phun nhiên liệu này phải chính xác cả về thời điểm lẫn lượng phun, chỉ cần một sai lệch nhỏ cũng làm tăng lượng phát thải và tiêu hao nhiên liệu điện áp thường sử

dụng trên xe 12V hoặc 24V, việc điều khiển nhấc kim không đáp ứng được các yêu

cầu trên Vì vậy, việc chế tạo hộp EDU (Electronic Drive Unit) nhằm mục đích nâng điện áp nhấc kim lên khoảng 80 - 150V được đặt ra

Đề tài nghiên cứu chế tạo hộp EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail được thực hiện từ tháng 02 năm 2013 đến tháng 8 năm 2013 và đã chế tạo thành công hộp EDU có thể hoạt động tốt trên mô hình động cơ Toyota 2KD

The topic research, manufacture an electronic drive unit for common rail fuel system was started in February 2013 and finished in August 2013 The results of this topic is manufactured an EDU may work well on Toyota engine model 2KD

M C L C

TRANG Trang tựa

Quyết định giao đề tài

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu

1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1 1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 2

2.1.2 Nhược điểm của hệ thống nhiên liệu diesel cổ điển 12 2.1.3 u điểm của hệ thống phun dầu điện tử Common Rail 15 2.2 Vị trí của hộp EDU trong hệ thống nhiên liệu Common Rail 16

3.2.2 Tính toán biến áp xung theo kiểu PUSH – PULL 32

3.2.2.2 Tính toán biến áp xung 32

3.2.3 Tính toán biến áp xung theo kiểu BOOT 37

4.2 Một số linh kiện điện tử sử dụng trong mạch điều khiển 42

DANH SÁCH CÁC HÌNH

TRANG

Hình 1.3: So sánh v ề điện áp và dòng điện khi thay đổi độ tự cảm 6

Hình 1.4: So sánh về điện áp và dòng điện khi thay đổi giá trị điện dung 7

Hình 2.2: nh hưởng của tốc độ động cơ tới hệ số nạp v 13

Hình 2.4: Vị trí của hộp EDU trong hệ thống nhiên liệu Common Rail 16

Hình 2.10: Sơ đồ tương đương mạch điều khiển kim phun 24

Hình 2.16: Giai đoạn khởi động van từ với tốc độ cao 30

Hình 3.3: Diện tích mặt cắt ngang (Ae) và diện tích quấn dây (Aw) 33

Hình 3.4: Hệ số gợn sóng KRFvà chu trình làm việc lớn nhất Dmax 34

Hình 3.6: Biến áp, tụ ổn định nguồn, diode chỉnh lưu 36

Hình 3.11: Dạng sóng điện áp và dòng điện của nguồn xung kiểu

Hình 4.6: Sơ đồ điều chỉnh lượng phun theo áp suất và nhiệt độ khí nạp 45

Hình 4.7: Sơ đồ điều chỉnh lượn phun theo nhiệt độ nhiên liệu và nhiệt

Hình 4.9: Sơ đồ điều chỉnh lượng phun khi khởi động 47

Hình 4.10: nh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến lượng phun khi

Hình 5.7: D ạng sóng điện áp điều khiển kim phun theo cẩm nang 56

Chương 1

1.1 T ng quan chung v lĩnh vực nghiên cứu, các k t qu nghiên cứu trong và ngoƠi nư c

1.1.1 T ng quan chung v lĩnh vực nghiên cứu

- thế kỷ 21, nhu cầu đi l i, vận chuyển c a con ngư i ngày càng tăng, ô tô

xuất hiện ngày càng nhiều và tr thành phương tiện không thể thiếu đ i với xã hội loài ngư i Trong b i c nh nhiên liệu có nguồn g c hoá th ch đang c n kiệt, trái đất đang ngày một nóng lên, không khí ngày càng ô nhiễm, tiếng ồn ngày càng nhiều… tr thành một vấn đề gây đau đầu đ i với những nhà s n xuất ô tô Ngoài

việc tìm kiếm những nguồn năng lượng mới thì họ luôn từng ngày, từng gi tìm cách gi m lượng khí th i, gi m tiếng ồn và hơn thế nữa là gi m lượng tiêu hao nhiên liệu c a động cơ Nh vậy, hàng lo t công nghệ mới đã ra đ i nhằm đáp ng

những mong mu n trên

- Động cơ Diezel với nhiều ưu điểm như:

+ Tính kinh tế nhiên liệu cao, dầu diesel rẻ hơn xăng, mật độ năng lượng trong dầu diesel cao hơn xăng, năng suất to nhiệt c a 1 lít dầu là 8755 calori trong khi c a xăng chỉ có 8140 calori

+ Có hiệu suất cao hơn hẳn so với động cơ xăng (45% so với 30%)

nh tỉ s nén cao Và trong tương lai động cơ diesel có hiệu suất 55% đến 63% là có thể đ t được

+ Mômen xoắn c a động cơ diesel cao hơn so với động cơ xăng (dung tích động cơ bằng nhau) nên đây là một ưu điểm khi đi trong thành ph nó cho phép động cơ ho t động với t c độ nh nhất

+ Tuổi thọ c a động cơ diesel cao hơn so với động cơ xăng điều

kiện bình thư ng, dầu diesel có tính b c hơi kém nên ít phát ho do đó ít nguy hiểm hơn so với các lo i nhiên liệu khác chẳng h n như xăng

- Chính nh những ưu điểm nổi bậc này nên mặc dù động cơ Diezel có một

s nhược điểm như: t o thành nhiều HC, NOX, bồ hóng trong quá trình cháy, rung,

ồn nhiều khi ho t động, có kh i lượng lớn và đắt tiền… nhưng động cơ Diezel vẫn không thể thiếu trong nền công nghiệp vận t i

- Để gi m t i đa những nhược điểm và tận dụng triệt để những ưu điểm c a

dầu diesel, các hãng ô tô đã thiết kế l i hệ th ng nhiên liệu cho động cơ Diezel và

hệ th ng này có tên gọi là Common Rail So với động cơ Diezel cổ điển thì động cơ phun dầu điện tử Common Rail ít ô nhiễm hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn, có công

suất lớn hơn, hiệu suất cao hơn đồng th i êm dịu hơn rất nhiều (bằng ch ng là động

cơ Diezel cổ điển chỉ được trang bị trên xe t i thì ngày nay rất nhiều ô tô du lịch được trang bị động cơ Common Rail.)

- Trên động cơ Diesel hiện đ i (Common Rail), mỗi vòi phun được điều khiển một cách riêng lẻ, nhiên liệu áp suất cao được ch a trong ng rail và sau đó được phân ph i đến từng vòi phun Để làm được điều này, việc phun nhiên liệu c a động cơ Common Rail được điều khiển hoàn toàn bằng điện tử mà trong đó ECU và EDU là những bộ phận quan trọng nhất ECU nhận tín hiệu từ c m biến xử lý rồi điều khiển các hệ th ng gần gi ng như ECU sử dụng trên động cơ xăng EDU nhận tín hiệu từ ECU để điều khiển nhấc kim bằng dòng điện cao áp

- Việc nghiên c u chế t o EDU giúp ngành công nghiệp ô tô c a Việt Nam

có thêm một bước tiếp cận với nền công nghiệp ô tô thế giới

- Với đề tài “Nghiên c u – chế t o EDU sử dụng trên động cơ phun dầu Common Rail” giúp ta hiểu rõ hơn về sự cần thiết c a việc nâng áp để điều khiển kim phun, hiểu hơn về động cơ Common Rail và từng bước nội địa hoá nền công nghiệp ô tô c a nước nhà

1.1.2 Các k t qu nghiên c ứu trong vƠ ngoƠi nư c

- Hệ th ng Common Rail đầu tiên được phát minh b i Robert Huber, ngư i Thuỵ Sỹ vào cu i những năm 60 Công trình này sau đó được tiến sĩ Marco Ganser

c a viện nghiên c u kỹ thuật Thụy Sỹ t i Zurich tiếp tục nghiên c u và phát triển Đến giữa những năm 90, tiến sĩ Shohei Itoh và Masahiko Miyaki c a tập đoàn

Denso – một nhà s n xuất phụ tùng ô tô lớn c a Nhật B n đã phát triển tiếp và ng dụng trên các xe t i nặng hiệu Hino, và bán rộng rãi ra thị trư ng vào 1995, sau đó

ng dụng rộng rãi trên các xe du lịch Hệ th ng nhiên liệu c a động cơ phun dầu điện tử Common Rail xuất hiện đồng nghĩa với việc EDU cũng ra đ i

- Việt Nam chưa có bất kỳ một đề tài nào nghiên c u về EDU được công

b

- Nhiệm vụ chính c a EDU là nâng áp để điều khiển kim phun vì vậy những kết qu nghiên c u về việc nâng áp cũng cần được quan tâm

- Có nhiều công trình nghiên c u liên quan đến vấn đề nâng cao điện áp đã

được công b và đề tài này ch yếu tham kh o bài báo DC – DC SWITCHING

BOOST CONVERTER c a Anita Soni để thiết kế chế t o biến áp xung, tham kh o

đề tài COMPARATIVE STUDY ON DC – DC CONVERTERS c a Mehedi Hasan

Tushar để hiệu chỉnh biến áp xung sau khi chế t o

- Sau đây sẽ phân tích hai công trình nói trên:

Tác giả: Anita Soni

Trong công trình này tác gi đưa ra thiết kế chuyển đổi điện áp từ 5 volt lên

12 volt bằng cách sử dụng bộ tăng áp DC - DC switching BOOST converter với

hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 73%

Hiệu suất, kích thước, và giá c là những ưu điểm cơ b n c a bộ biến áp xung khi so sánh với những bộ biến áp tuyến tính Một bộ biến áp xung có thể ho t động với hiệu suất từ 70 % đến 80 % trong khi hiệu suất c a bộ biến áp tuyến tính

Gợn t i đa c a điện áp đầu ra: 2 %

Dòng điện t i đa đầu ra: 100 mA Hiệu suất t i thiểu: 70 %

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.1: Sơ đồ BOOST converter Sau khi tính toán, tác gi đã chọn linh kiện như sau:

IC điều chế độ rộng xung: MC33063 Tần s điều chế độ rộng xung là 62,5 kHz

Tụ định th i CT = 390 pF

Độ tự c m nh nhất c a cuộn dây Lmin = 80 H Giá trị điện tr c m biến dòng là R = 0,5  giá trị tụ đầu ra Cout = 1,68 F

R1 = 2,4 k; R2 = 20.64 k

Kết qu kiểm tra sau khi chế t o:

Công trình 2: COMPARATIVE STUDY ON DC-DC CONVERTERS

Tác gi ả: Mehedi Hasan Tushar

Công trình này có phần so sánh về giá trị điện áp, dòng điện, hiệu suất c a bộ nâng áp khi thay đổi giá trị c a cuộn dây và tụ điện Qua đó làm cho việc hiệu chỉnh

bộ nâng áp sau khi chế t o nhằm khắc phục những sai s khi tính toán và phù hợp hơn với yêu cầu thực tế tr nên dễ dàng hơn

Để so sánh, tác gi dùng m ch điều khiển sử dụng MOSFET IRF 540n và IC điều chế độ rộng xung là SG 3524 Các phần tử còn l i như cuộn dây, tụ điện, điện

tr , đi- t được b trí như hình 1.2

Hình 1.2: M ch tăng áp dùng để so sánh Trên các hình 1.3 và 1.4, các đư ng màu xanh biểu thị cho dòng điện, điện

áp ngõ vào, các đư ng màu hồng biểu thị cho dòng điện, điện áp ngõ ra

a b Hình 1.3: So sánh về điện áp và dòng điện khi thay đổi độ tự c m (D = 0,9)

Hình 1.3a: L = 0,36 mH; C = 46 µF; R = 100 Ω

Hình 1.3b: L = 3,6 mH; C = 46 µF; R = 100 Ω

Giá tr đi n áp đầu ra 90 V 100 V

a b Hình 1.4: So sánh về điện áp và dòng điện khi thay đổi giá trị điện dung (D = 0,9)

Hình 1.4a: L = 3,6 mH; C = 46 µF; R = 100 Ω

Hình 1.4b: L = 3,6 mH; C = 100 µF; R = 100 Ω

1.2 Tính c ấp thi t c a đ tài

- Đây là đề tài chế t o hộp EDU đầu tiên Việt Nam

- Sau khi chế t o thành công sẽ làm gi m giá thành thay thế hộp EDU trên các xe sử dụng động cơ phun dầu điện tử Common Rail và gi i quyết bài toán thiếu phụ tùng

1.3 M c đích c a đ tài

- Vận dụng lý thuyết về điều khiển động cơ, lý thuyết về điện tử để nghiên

c u, chế t o hộp EDU trong hệ th ng phun dầu điện tử Common Rail

- Tìm hiểu để theo kịp công nghệ, góp phần từng bước nội địa hoá ôtô

- Đề tài nghiên c u trong ph m vi đáp ng được quá trình phun 3 giai đo n

- Chế t o được EDU ho t động t t, đáp ng tương đ i được thực tế

- Chỉ thử nghiệm trên động cơ Toyota 2KD

1.5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên c u lý thuyết, dựa trên các yêu cầu khi ho t động để tính toán ra

một s thông s cần thiết

- Từ những thông s tính toán tiến hành thực nghiệm để thiết kế, chế t o từng

phần hộp EDU

- Sau khi từng bộ phận đã ho t động, tiến hành hoàn thiện hộp EDU

- Thử và đánh giá trên động cơ

Chương 2

C SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Vài nét v đ ng cơ diesel

2.1.1 Nh ững đặc trưng c a đ ng cơ diesel

động cơ diesel, nhiên liệu được phun trực tiếp và tự b c cháy trong buồng

đ t Quá trình hình thành hỗn hợp (hoà trộn với không khí) và quá trình b c cháy

c a nhiên liệu chồng chéo lên nhau Sau khi nhiên liệu được phun, trong buồng đ t diễn ra một lo t thay đổi lý hoá quá trình cháy, trong khi phần nhiên liệu phun vào trước đã hoà trộn với không khí và tự b c cháy thì nhiên liệu vẫn được tiếp tục phun vào xylanh c a động cơ, như vậy sự cháy và sự hoà trộn gần như diễn ra đồng

th i làm cho thành phần hỗn hợp thay đổi liên tục trong không gian c a quá trình

Do th i gian hoà trộn ngắn làm cho chất lượng hoà trộn rất khó đ t tới m c

độ đồng đều, vì vậy động cơ có những đặc trưng sau:

- Trong quá trình nén, bên trong xylanh chỉ là không khí, do đó có thể tăng tỷ s nén ε , qua đó làm tăng hiệu suất động cơ, đồng th i t o điều kiện thuận lợi làm tăng nhiệt độ môi chất giúp nhiên liệu dễ tự b c cháy

- Đư ng n p chỉ có không khí nén nên không cần để ý đến vấn đề sấy nóng, bay hơi c a nhiên liệu trên đư ng n p như động cơ xăng Có thể dùng

đư ng n p có kích thước lớn ít gây c n và không cần sấy nóng với cấu t o đơn gi n

- Có thể ho t động với hỗn hợp rất nh t trong buồng cháy (do tính hoà trộn không đều) nên có thể sử dụng cách điều chỉnh chất t c là chỉ điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho chu trình mà không điều chỉnh lượng không khí khi cần thay đổi t i c a động cơ

- Động cơ diesel có một mặt bất lợi (do tính chất hoà trộn không đều

t o ra) là bị h n chế kh năng gi m hệ s dư lượng không khí α (t c là không thể sử dụng hết không khí thừa trong buồng cháy để đ t thêm nhiên liệu) và

kh năng nâng cao t c độ động cơ (do t c độ cháy c a hỗn hợp không đồng

nhất)

2.1.2 Như c đi m c a h thống nhiên li u diesel c đi n

Nhược điểm c a hệ th ng nhiên liệu động cơ diesel cổ điển là do độ trễ c a các bộ phận, cụm chi tiết cơ khí nên không đáp ng kịp sự thay đổi t i c a động cơ Làm th i khói đen khi tăng t c, tiêu hao nhiên liệu nhiều và gây ra tiếng ồn lớn

2.1.2.1 Đặc tính tốc đ c a bơm cao áp

T i một vị trí c a thanh răng bơm cao áp, biến thiên lượng nhiên liệu cấp cho chu trình (lượng nhiên liệu c a một hành trình bơm) theo t c độ trục khuỷu được gọi là đặc tính cung cấp c a bơm Hành trình có ích c a bơm cao áp được xác định theo kích thước hình học c a piston và xylanh bơm

Trên thực tế nhiên liệu đi qua lỗ thoát, do có tổn thất lưu động nên th i gian đầu c a quá trình cung cấp, áp suất nhiên liệu bên trong xylanh sẽ tăng lên sớm hơn

so với th i điểm đóng kín lỗ thoát theo kích thước hình học Tương tự như trên th i điểm kết thúc cấp nhiên liệu thực tế không x y ra cùng th i điểm m lỗ thông do g rãnh nghiêng phía dưới thực hiện mà thư ng muộn hơn

Hình 2.1: Đặc tính t c độ bơm

Vì vậy hành trình cấp nhiên liệu thực tế thư ng lớn hơn so với hành trình có ích lý thuyết làm cho lượng nhiên liệu thực tế cấp cho chu trình thư ng lớn hơn giá

trị định lượng lý thuyết Hiệu ng kể trên càng lớn nếu t c độ động cơ càng cao Các đặc tính A, B, C c a bơm (hình 2.1) tương ng với ba vị trí khác nhau c a thanh răng bơm cao áp, biến thiên c a ba đặc tính ấy có xu hướng tương tự, t c là càng tăng t c độ góc c a trục khuỷu (khi giữ không đổi vị trí thanh răng) càng làm

tăng lượng nhiên liệu chu trình

Hình 2.2: nh hư ng c a t c độ động cơ tới hệ s n p v Đặc tính cung cấp c a bơm cao áp cơ khí trái ngược với đặc tính về thay đổi

hệ s n p  cv a động cơ khi tăng t c độ trục khuỷu (càng tăng t c độ, hệ s n p v

càng gi m)

Vì vậy nếu điều chỉnh hỗn hợp thích hợp t c độ cao thì khi gi m t c độ động cơ, do nhiên liệu chu trình gct gi m và không khí n p l i tăng khiến hoà khí bị

nh t đi làm gi m công suất c a động cơ Ngược l i nếu điều chỉnh thích hợp t c

độ thấp thì khi tăng t c sẽ làm cho hỗn hợp quá đậm gây cháy không hết Chính vì

vậy trong hệ th ng nhiên liệu trên động cơ diesel cổ điển thư ng có thêm cơ cấu

hiệu chỉnh đặc tính cung cấp c a bơm, nhưng cũng không thể khắc phục hết nhược điểm này

2.1.2.2 Đặc tính phun c a h thống phun nhiên li u ki u cũ

Với hệ th ng phun nhiên liệu kiểu cũ, do cấu t o c a kim phun, sự phun

nhiên liệu dựa trên lực nén c a lò xo kim phun nên việc phun nhiên liệu chỉ có một

giai đo n là giai đo n phun chính (main injection phase), không có kh i phun và

phun kết thúc Trong hệ th ng cũ, việc t o ra áp suất và cung cấp lượng nhiên liệu

diễn ra song song với nhau Điều này t o ra các tác động xấu đến đư ng đặc tính

phun như sau:

- Áp suất phun tăng đồng th i với t c độ và lượng nhiên liệu được phun

- Su t quá trình phun, áp suất phun tăng lên và l i gi m xu ng theo áp lực đóng c a ty kim cu i quá trình phun

Hình 2.3: Đặc tính phun nhiên liệu

Hậu qu là:

- Khi phun với lượng nhiên liệu ít thì áp suất phun cũng nh và ngược l i

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

Áp suất đỉnh quyết định t i trọng đặt lên các thành phần c a bơm và các thiết

bị dẫn động, nó còn nh hư ng đến kh năng tự b c cháy và m c độ cháy s ch c a

nhiên liệu

Để gi i quyết các nhược điểm nêu trên, các nhà s n xuất động cơ diesel đã

đưa ra nhiều biện pháp khác nhau để c i tiến kỹ thuật phun và tổ ch c quá trình

cháy nhằm giới h n các chất ô nhiễm Các biện pháp ch yếu tập trung vào gi i

quyết các vấn đề:

- Tăng t c độ phun để làm gi m nồng độ bồ hóng do tăng t c hòa trộn nhiên

- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí x ( EGR: Exhaust Gas Recirculation)

Và hiện nay, các nhược điểm c a hệ th ng nhiên liệu Diesel đã được khắc

phục bằng sự ra đ i c a hệ th ng nhiên liệu điều khiển điện tử Common Rail Hệ

th ng này đã c i tiến các bộ phận như: Bơm cao áp, vòi phun, ng tích trữ nhiên

liệu áp suất cao, đồng th i điều khiển bằng điện tử

2.1.3 u đi m c a h thống phun dầu đi n tử Common Rail

Nh hệ th ng được điều khiển hoàn toàn bằng điện tử các ch c năng như: áp

suất phun, th i điểm phun, s lần phun trong 1 chu kỳ nên động cơ c i thiện rất nhiều về tính kinh tế nhiên liệu, chất lượng khí th i và đặc biệt hơn c là tính êm dịu

c a động cơ

So với các hệ th ng cung cấp nhiên liệu trên động cơ diesel cổ điển thì hệ

th ng Common Rail đã đáp ng và gi i quyết được những vấn đề:

- Gi m t i đa m c độ tiếng ồn do áp dụng công nghệ phun 2 giai đo n

- Nhiên liệu được phun ra với áp suất rất cao nh kết hợp điều khiển điện tử,

áp suất phun có thể đ t 200 MPa Th i gian phun cực ngắn và t c độ phun cực nhanh (kho ng 1,1 ms)

- Có thể thay đổi áp suất phun và th i điểm phun tùy theo chế độ làm việc

c a động cơ

- Áp suất phun ổn định (không thay đổi trong khi phun, chất lượng phun đồng đều nhau từ khi bắt đầu phun đến khi d t phun)

- Tiết kiệm nhiên liệu

- Kiểm soát khí th i t t hơn nên gi m m c ô nhiễm môi trư ng

- Định lượng nhiên liệu phun tùy thuộc vào chế độ ho t động c a động cơ

- Điều chỉnh lượng nhiên liệu phun lúc kh i động tùy thuộc nhiệt độ động

cơ

- Điều khiển t c độ cầm chừng t i ưu hơn

- Tăng tuổi thọ động cơ

- ng dụng rộng rãi cho c xe du lịch, xe t i nặng, t i nhẹ, xe ch khách, tàu

lửa, tàu th y…

2.2 V trí c a h p EDU trong h th ống nhiên li u Common Rail

Việc phun nhiên liệu nhiều giai đo n ph i đ m b o được th i điểm và th i gian phun chính xác cho từng giai đo n phun Để đáp ng nhu cầu này thì việc nhấc kim ph i thật nhanh

Về cơ b n, việc nhấc kim phun c a động cơ Common Rail được điều khiển

b i sự đóng m c a van solenoid Việc cấp điện cho van solenoid này được điều khiển b i ECU và EDU Khi van solenoid được cấp điện thì đót kim được nhấc lên, nhiên liệu được phun ra Khi van solenoid không được cấp điện thì đót kim đóng kín lỗ dầu, kim ngưng phun Lượng nhiên liệu phun ra sẽ tỷ lệ với độ dài c a xung điều khiển m van solenoid và áp suất nhiên liệu Yêu cầu m nhanh van solenoid được đáp ng bằng việc sử dụng điện áp cao và dòng lớn

Hình 2.4: Vị trí c a hộp EDU trong hệ th ng nhiên liệu Common Rail

Điện áp cao để điều khiển kim phun được t o ra b i EDU EDU là thiết bị khuếch đ i điện áp được lắp giữa ECU và kim phun nhiên liệu EDU khuếch đ i điện áp c a accu và dựa trên cơ s các tín hiệu điều khiển c a ECU để kích ho t kim phun

EDU làm nhiệm vụ kh i động nhanh các vòi phun EDU là thiết bị dùng điện

thế cao nh bộ chuyển đổi DC/DC để m các van từ với t c độ cao

Các tín hiệu điều khiển :

- IJt#1 đến 4 : Đầu vào cho các tín hiệu kh i động vòi phun từ ECU động cơ

- IJf : Đầu ra cho các tín hiệu kiểm tra kh i động vòi phun (đến ECU động cơ)

- COM : Đầu ra cao áp để t o ra dòng không đổi đến các vòi phun

- IJ #1 đến 4 : Đầu ra để kh i động các vòi phun

- 1: M ch cao thế

- 2: M ch điều khiển

Hình 2.5: Sơ đồ m ch điều khiển phun nhiên liệu Thiết bị phát điện áp cao sẽ chuyển điện áp ắc quy thành điện áp cao cho ra đầu COM ổn định và không đổi đến vòi phun ECU nhận các tín hiệu từ các c m

biến truyền đến xử lý rồi truyền tín hiệu đến đầu n i B thông qua E c a EDU, m ch điều khiển EDU nhận tín hiệu này và xử lý truyền tín hiệu đến vòi phun từ đầu n i

H thông qua K, kh i động vòi phun Khi vòi phun kh i động EDU sẽ truyền tín

hiệu xác định phun IJf đến ECU thông qua F, ECU nhận tín hiệu này sẽ kết thúc quá trình phun

2.3 Kim phun c a đ ng cơ Common Rail

về thông qua lỗ x 6 được m b i van điện từ 3

Kim phun m : Van điện từ được cung cấp điện với dòng kích lớn để b o

đ m nó m nhanh Lực tác dụng b i van điện từ lớn hơn lực lò xo lỗ x và làm m

lỗ x ra Gần như t c th i, dòng điện cao được gi m xu ng thành dòng nh hơn chỉ

đ để t o ra lực điện từ để giữ ty Điều này thực hiện được là nh khe h m ch từ bây gi đã nh hơn Khi van điện từ được cấp điện, lỗ x 6 được m ra Điều này làm cho áp suất buồng điều khiển gi m xu ng, kết qu là áp lực tác dụng lên piston cũng gi m theo Khi áp lực dầu trên piston gi m xu ng thấp hơn áp lực tác

dụng lên ty kim, thì ty kim m ra và nhiên liệu được phun vào buồng đ t qua các lỗ phun

Kim phun đóng: Khi dòng qua van điện từ bị ngắt, lò xo đẩy van bi xu ng và van bi đóng lỗ x l i Lỗ x đóng làm cho áp suất trong buồng dầu điều khiển 8 tăng lên Áp suất này tương đương với áp suất trong đư ng dầu và làm tăng lực tác dụng lên đỉnh piston điều khiển Lực này cùng với lực c a lò xo bây gi cao hơn lực tác

Đầu kim phun

Thiết kế c a đầu phun được quyết định b i :

- Việc kiểm soát nhiên liệu phun ra (th i điểm và lượng nhiên liệu phun theo góc độ trục cam)

- Việc điều khiển nhiên liệu (s lỗ tia, hình d ng nhiên liệu phun ra và sự phun tơi nhiên liệu, sự phân ph i nhiên liệu trong buồng cháy, m c độ làm kín

buồng cháy)

Hiện nay có hai lo i đầu phun dùng cho hệ th ng Common Rail: Đầu phun lỗ tia h và đầu phun lỗ tia kín Lỗ tia phun được định vị nh vào hình nón phun S lượng lỗ tia và đư ng kính c a chúng dựa vào:

- Lượng nhiên liệu phun ra

- Hình d ng buồng cháy

- Sự xoáy l c trong buồng cháy

Đ i với c hai lo i lỗ tia h và lỗ tia kín thì phần c nh c a lỗ tia có thể được gia công bằng phương pháp ăn mòn hidro nhằm mục đích ngăn ngừa sự mài mòn

sớm c a c nh lỗ tia gây ra b i các phần tử mài mòn và gi m sai lệch dung lượng phun Để gi m lượng hidrocacbon th i ra, thể tích nhiên liệu điền đầy đầu c a tia kim cần thiết ph i giữ m c độ nh nhất Việc này được thực hiện t t nhất với lo i đầu phun lo i lỗ tia kín Lỗ tia c a lo i này được sắp xếp quanh một lỗ bao Trong trư ng hợp đỉnh c a đầu phun hình tròn, hay tùy thuộc vào lo i thiết kế, lỗ tia được khoan bằng cơ khí hay bằng máy phóng điện (EDM- Electrical-Discharge Machine) Lỗ tia với đỉnh c a đầu phun hình nón thì luôn được khoan bằng phương pháp EDM Đầu phun lỗ tia h có thể được dùng với các lo i lỗ bao với kích thước khác nhau như lỗ bao hình trụ và lỗ bao hình nón

Hình 2.7: Cấu t o đầu kim phun lỗ tia h

1- L ỗ phun ; 2- Đầu kim ; 3- Thân kim ; 4- Kim phun ; 5- Buồng áp suất 6- Tr ục định hướng ; 7- Đường dầu vào ; 8- Ecu ; 9- Đế thân kim

9

3 2 4 5

1

Cuộn c m có tác dụng lưu trữ năng lượng d ng từ năng (năng lượng từ trư ng được t o ra b i cuộn c m khi có dòng điện đi qua) và làm dòng điện bị trễ pha so với điện áp một góc bằng 90°

Cuộn c m được đặc trưng bằng độ tự c m, đo trong hệ đo lư ng qu c tế theo đơn vị Henry (H) Cuộn c m có độ tự c m càng cao thì càng t o ra từ trư ng m nh

và dự trữ nhiều năng lượng

Cuộn c m là một linh kiện điện tử lệ thuộc vào tần s , dòng điện có tần s càng cao thì kh năng c n tr dòng điện c a cuộn càng lớn

2.4.2 C ấu t o

Cuộn c m là một đo n dây dẫn được quấn thành nhiều vòng, dây quấn được sơn cách điện, lõi cuộn dây có thể là không khí, hoặc làm bằng vật liệu dẫn từ như Ferrite hay lõi thép kỹ thuật

Hình 2.8: Một s cuộn c m

Ký hiệu:

+ L1 là cuộn dây lõi không khí

+ L2 là cuộn dây lõi ferit

+ L3 là cuộn dây có lõi chỉnh

+ L4 là cuộn dây lõi thép kỹ thuật

với dự trữ năng lượng từ trư ng (từ năng) trong cuộn dây càng lớn

Bảng công thức tính hệ số tự cảm L cho một số trường hợp

Hình tr tròn

dài

 L = Hệ s tự c m đo bằng Henry (H)

 μ 0 = độ từ thẩm c a chân không = 4π × 10-7 H/m

 μ r= độ từ thẩm tương đ i

c a vật liệu lõi

 N = s vòng

 r = bán kính vòng quấn (m)

 D= đư ng kính vòng xuyến (m)

Từ trư ng c a cuộn dây: Khi có dòng điện ch y qua, cuộn dây sinh từ trư ng

và tr thành nam châm điện Khi không có dòng điện ch y qua, cuộn dây không có

từ Từ trư ng s n sinh tỉ lệ với cư ng độ dòng điện (I) và độ tự c m (L)

B = I.L

Hình 2.9: Từ trư ng c a cuộn dây

2.4.3.2 C m kháng

C m kháng c a cuộn dây là đ i lượng đặc trưng cho sự c n tr dòng điện c a

cuộn dây đ i với dòng điện xoay chiều

2.4 4 Đi n th , dòng đi n qua cu n dây

Hình 2.10: Sơ đồ tương đương m ch điều khiển kim phun (M ch điện RL)

Xem xét m ch điện như hình vẽ trên Khi bật công tắc qua tr ng thái đóng thì dòng điện trong m ch bắt đầu tăng lên và xuất hiện một s c điện động tự c m

ch ng l i sự tăng này cuộn dây

Áp dụng định luật Kirchhoff đ i với vòng cho m ch điện trên ta được:

Gi i phương trình vi phân trên ta được:

Đặt:

Lúc này biểu th c có d ng:

Hình 2.11: Sự tăng trư ng dòng điện trong cuộn dây

Hệ s góc c a phương trình:

Là:

Hệ s góc trên càng lớn thì dòng điện đi qua cuộn dây tăng trư ng càng nhanh

T c độ nhấc kim phụ thuộc vào t c độ tăng trư ng c a dòng điện đi qua

cuộn dây c a kim phun Trong động cơ Common Rail ngư i ta mong mu n t c độ nhấc kim ph i thật nhanh nên tìm cách tăng hệ s góc này Mu n làm việc này có 2 cách: hoặc là tăng hoặc là gi m L Mà độ tự c m L c a kim phun là khó thay đổi (nếu gi m L thì lực điện từ sẽ gi m nh hư ng xấu tới việc nhấc kim) vì thế ngư i

ta làm tăng

2.5 Máy bi n áp

Nguồn điện sử dụng trên ô tô thư ng là 12 V DC hoặc 24 V DC Vì vậy để

có được điện áp cao phục vụ việc đóng - m nhanh kim phun trên động cơ Common Rail ngư i ta ph i dùng máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị điện từ lo i tĩnh, làm việc theo nguyên lý c m

ng điện từ, biến đổi một hệ th ng dòng điện biến thiên điện áp này thành một hệ

th ng dòng điện biến thiên điện áp khác với tần s không thay đổi Do đó máy

biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền t i hoặc phân ph i năng lượng ch không biến đổi năng lượng

Về mặt cơ b n, máy biến áp có cấu t o gồm 1, 2 hay nhiều cuộn dây quấn cách điện trên một lõi dẫn từ

Máy biến áp ho t động hoàn toàn dựa trên định luật c m ng điện từ (dòng điện ch y qua dây dẫn t o ra từ trư ng, sự biến thiên từ thông trong cuộn dây t o ra

một hiệu điện thế c m ng.)

Khi n i cuộn dây sơ cấp với dòng điện biến thiên, cuộn này sẽ t o ra một từ trư ng biến thiên trong lõi thép Từ trư ng biến thiên này khi đi qua cuộn dây th cấp t o ra từ thông biến thiên và sinh ra dòng điện th cấp

Khi , , , và , , , lần lượt là s vòng quấn, hiệu điện thế, dòng điện và từ thông trong m ch điện sơ cấp và th cấp (primary và

secondary) thì theo Định luật Faraday ta có:

bằng cách so sánh một tín hiệu sin (sóng điều chế hay modulating wave) với sóng

tam giác tần s cao (gọi là sóng mang hay carrier wave) Trong đó tần s c a sóng

điều chế xác định tần s c a điện áp ra Biên độ đỉnh (peak amplitude) c a sóng điều chế sẽ xác định chỉ s điều chế (modulation index) và qua đó điều chỉnh giá trị