Lịch sử vấn đề và mục đích ý nghĩa đề tài
Động cơ Diesel hoạt động hiệu quả hơn động cơ xăng, nhưng cũng có một số nhược điểm cần khắc phục Những hạn chế chính bao gồm tiêu thụ nhiên liệu cao, phát thải khí đen và tiếng ồn lớn trong quá trình vận hành.
Động cơ Diesel đã trải qua hai mốc phát triển quan trọng, vào năm 1897 và 1927 Năm 1897, Rudolf Diesel đã giới thiệu nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel dựa trên cơ chế tự cháy Đến năm 1927, Robert Bosch phát minh ra bơm cao áp, giúp bơm nhiên liệu vào buồng cháy với tốc độ lớn, nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ.
Hệ thống nhiên liệu Diesel đang ngày càng tiến bộ, với mục tiêu giảm ô nhiễm và tối ưu hóa hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu Các nhà nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc cải thiện phương pháp phun nhiên liệu và tổ chức quá trình cháy Những vấn đề ưu tiên hàng đầu bao gồm việc nâng cao hiệu quả hoạt động của động cơ Diesel.
Đẩy mạnh tốc độ phun nhằm làm giảm một lượng lớn các hạt cacbon không tinh khiết trong quá trình cháy nhiên liệu ở động cơ
Đẩy cao áp suất phun
Điều chỉnh quy luật phun theo hướng kết thúc quá trình phun sớm hơn giảm khí thải
Hệ thống hồi lưu khí xả EGR
Hệ thống nhiên liệu Diesel đã trải qua nhiều cải tiến đáng kể, với các bộ phận quan trọng như bơm cao áp, vòi phun và ống tích trữ nhiên liệu được nâng cấp Những cải tiến này đã tạo điều kiện cho sự phát triển của hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel.
Hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong ngành sản xuất động cơ, không chỉ cải thiện hiệu suất hoạt động mà còn được áp dụng rộng rãi trên nhiều dòng xe đặc biệt tại Việt Nam Sự chuyển biến tích cực này mang lại lợi ích kinh tế và góp phần bảo vệ môi trường trên nhiều phương diện.
Với những lý do trên đây, em quyết định lựa chọn cho mình đề tài
"Nghiên cứu hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel động cơDuratorq 2.4l" để làm đồ án chuyên ngành.
Tổng quan về các hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel
Nhiệm vụ và yêu cầu về hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel
2.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel
Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel có nhiệm vụ chính là dự trữ nhiên liệu để đảm bảo động cơ hoạt động liên tục trong thời gian nhất định, lọc bỏ các tạp chất không mong muốn và tạo điều kiện cho nhiên liệu di chuyển dễ dàng trong toàn bộ hệ thống.
2.1.2 Yêu cầu cơ bản của hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel
Những yêu cầu cơ bản của hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel bao gồm :
Lượng nhiên liệu được cấp phù hợp với từng chức năng làm việc của động cơ
Thời điểm và quy luật phun nhiên liệu được như ý
Để tối ưu hóa hiệu suất động cơ, tia nhiên liệu phun vào xy lanh cần được cân nhắc kỹ lưỡng về số lượng và chất lượng, đồng thời phải phù hợp với đặc tính của buồng cháy Việc này sẽ nâng cao khả năng hình thành hòa khí, đảm bảo sự phân bố đồng đều và hiệu quả hơn trong quá trình đốt cháy.
Độ bền và độ tin cậy phải được kiểm định rõ ràng
Quá trình sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa đảm bảo dễ dàng và nhanh gọn
Đơn giản hóa trong chế tạo, giá thành phù hợp.
Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel sử dụng bơm cao áp Bosch
2.2.1 Sơ đồ của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel.
1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel.
Hình 2-1 Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel
1- Thùng chứa; 2,5,- Ống nhiên liệu thấp áp; 3- Lọc thô; 4-
Bơm chuyển; 6- Lọc tinh; 7,12,13- Ống nhiên liệu hồi; 9- Bơm cao áp; 10- Ống nhiên liệu cao áp; 11 Vòi phun.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel bắt đầu từ việc hút nhiên liệu từ thùng chứa, sau đó đi qua lọc thô để loại bỏ tạp chất Tiếp theo, bơm chuyển đưa nhiên liệu tới bình lọc tinh, nơi diễn ra quá trình lọc kỹ lưỡng Sau khi được lọc tinh, nhiên liệu được chuyển đến bơm cao áp, nơi nó được bơm lên vòi phun với áp suất cao để phun vào buồng cháy Tại đây, nhiên liệu hòa trộn với không khí từ bên ngoài và tự cháy do điều kiện khí nén có nhiệt độ cao Hòa khí trong xy lanh cháy và giãn nở, tạo ra lực tác động lên piston, kết hợp với thanh truyền để quay trục khuỷu, hoàn thành quá trình sinh công.
Khí cháy được xả ra qua hai đường chính: đường xả và đường tiêu âm Lượng nhiên liệu dư thừa hoặc bị rò rỉ sẽ chảy qua các khe hở trên thân kim phun, theo các đường hồi nhiên liệu 7, 12, 13, và quay trở lại thùng chứa.
2.2.2 Cấu tạo của bơm cao áp.
2.2.2.1 Cấu tạo bơm cao áp thẳng hàng.
Hình 2-2 Bơm cao áp thẳng hàng
1- Bulông xả khí; 2- Vít hãm; 3- Đầu nối ống nhiên liệu đến vòi phun; 4- Đầu nối ống nhiên liệu vào bơm; 5- Vỏ bộ hạn chế nhiên liệu; 6- Khớp nối của trục cam; 7- Đĩa chắn dầu; 8- Trục bơm; 9- Ổ bi; 10-
Vỏ bộ điều tốc bao gồm các thành phần quan trọng như lò xo van cao áp, van cao áp, xilanh bơm cao áp, lỗ xả, piston bơm cao áp, vít, ống xoay, đĩa trên, lò xo bơm cao áp, đĩa dưới và bulông điều chỉnh Những bộ phận này đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo hiệu suất và độ bền của hệ thống.
22- Con đội; 23- Con lăn; 24: Cam.
Bơm cao áp thẳng hàng có cấu tạo chi tiết gồm lò xo số 19, tạo lực đẩy cho chân không Khi mở các lỗ A và B, nhiên liệu sẽ được nạp đầy vào bơm Quá trình này kết thúc khi piston đạt đến vị trí thấp nhất.
Cam 24 sẽ giúp piston chuyển động đi lên Qua 2 lỗ A và B, nhiên liệu sẽ chảy ra bên ngoài Khi 2 lỗ A và B bị che kín bởi đỉnh piston thì lượng nhiên liệu với áp suất cao sẽ mở van cao áp 12 Lúc này nhiên liệu được chuyển tới vòi phun theo đường cao áp Quá trình cấp nhiên liệu chỉ kết thúc khi mà rãnh nghiêng phía trên đầu piston được mở làm áp suất trong xy lanh giảm Lúc này van cao áp sẽ tự động đóng lại
2.2.2.2 Cấu tạo bơm cao áp phân phối.
Hình 2-3 giới thiệu kết cấu bơm cao áp phân phối
Hình 2-3 Bơm cao áp phân phối
1- Bạc xả; 2- Thiết bị điều chỉnh thời gian phun; 3- Vành cam; 4-Con lăn; 5- Đĩa truyền động; 6- Trục vào; 7- Bánh răng bơm chuyển; 8-Trục bộ điều tốc; 9- Bánh răng bộ điều tốc; 10- Quả văng ; 11- Đòn điều chỉnh; 12- Lò xo điều tốc; 13- Màng chân không; 14- Ống nối đường nạp; 15- Lò xo màng điều chỉnh chân không; 16- Đường ống hồi dầu;
17- Vít điều chỉnh; 18- Đòn áp lực; 19- Van điện từ ; 20- Piston; 21- Van cao áp; 22- Đầu nối với vòi phun Đây là cấu tạo của bơm cao áp phân phối Nguyên lý hoạt động của bơm cao áp phân phối như sau: piston được dẫn động xoay bởi trục vào 6 và dẫn động tịnh tiến bởi vành cam 3 Piston khi xoay sẽ giúp các lỗ thoát B liền với các lỗ khoan chéo A trên đầu bơm Nhiên liệu được nén và chuyển tới các lỗ khoan chéo A trong hành trình công tác Quá trình này tạo ra áp suất nén thông qua van 21 đưa nhiên liệu tới vòi phun của các xy lanh tương ứng Quả văng 10 trong sơ đồ cấu tạo thông qua hệ tay đòn tác động vào bạc xả 1 qua đó làm thay đổi thời điểm mở lỗ xả Thao tác này nhằm điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào cấp vào các vòi phun phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ
2.2.3 Các dạng cấu tạo vòi phun trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel
Vòi phun là một thiết bị quan trọng trong hệ thống phun nhiên liệu, bao gồm nhiều loại như vòi phun hở, vòi phun kín tiêu chuẩn và vòi phun kín loại van lỗ phun Cấu tạo của vòi phun bao gồm các thành phần chính như thân vòi, ê cu tròng, miệng phun, lỗ phun, đế kim, kim, chốt, đũa đẩy, đĩa lò xo, lò xo, cốc, vít điều khiển, ống lồng, nắp che, lưới lọc, đai ốc, đường nhiên liệu và khoang nhiên liệu Các bộ phận này phối hợp với nhau để đảm bảo quá trình phun nhiên liệu diễn ra hiệu quả và chính xác.
Vòi phun đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nhiên liệu từ bơm cao áp vào buồng cháy và phun tơi nhiên liệu Yêu cầu về khả năng phun tơi của vòi phun có thể thay đổi tùy thuộc vào phương pháp tạo thành hỗn hợp Hiện nay, vòi phun được chia thành hai loại chính: vòi phun hở và vòi phun kín Đối với động cơ Diesel, loại vòi phun thường được sử dụng là vòi phun có chốt và kim.
Vòi phun hoạt động bằng cách nhận nhiên liệu từ bơm cao áp, sau đó nhiên liệu đi qua lưới lọc và vào các đường rãnh trong thân kim phun Kim phun có hai mặt côn, trong đó mặt côn trên chịu áp lực nhiên liệu, còn mặt côn dưới đóng vai trò như một van điều chỉnh dòng chảy vào lỗ phun Khi áp lực nhiên liệu tác động lên mặt côn phía trên, nó sẽ thắng sức căng của lò xo để mở đường cho nhiên liệu.
Kim phun 11 nâng lên, cho phép nhiên liệu từ khoang 20 chảy qua các lỗ phun 4 vào buồng cháy động cơ Khi bơm cao áp ngừng cung cấp nhiên liệu, áp suất trong khoang 20 giảm, khiến lò xo 11 đẩy kim phun xuống, chặn đường dẫn nhiên liệu từ khoang 20 vào lỗ phun 4 Quá trình phun kết thúc tại đây.
Bơm chuyển nhiên liệu, hay còn gọi là bơm thấp áp, thường được lắp đặt giữa thùng chứa và bơm cao áp, với nhiệm vụ chính là cung cấp nhiên liệu tới rãnh hút của bơm cao áp qua bình lọc tinh Việc duy trì áp suất cao giúp ngăn không khí thoát ra, đảm bảo nhiên liệu được đưa tới các vòi phun với áp suất ổn định, ngay cả khi động cơ phải chịu tải trọng thay đổi đột ngột Hai loại bơm chuyển nhiên liệu phổ biến hiện nay là bơm bánh răng và bơm piston.
Hình 2-5 Kết cấu bơm bánh răng
1-Bánh răng bị động 2- Bánh răng chủ động
3- Đường dầu áp suất cao4- Van an toàn
5- Vít điều chỉnh 6- Vỏ bơm
7- Đường dầu áp suất thấp
Bơm bánh răng được cấu tạo từ 7 bộ phận chính và hoạt động dựa trên nguyên lý đơn giản Hai bánh răng bị động được dẫn động theo một chiều cố định, trong khi bánh răng chủ động quay và kéo theo bánh răng bị động Dầu chảy vào bơm qua đường áp suất thấp và được các bánh răng chuyển hướng sang đường áp suất cao Để điều chỉnh lượng dầu ra vào, có thể sử dụng vít điều chỉnh Trong trường hợp xảy ra tắc nghẽn dầu, van an toàn sẽ mở để xả dầu.
Khi trục bơm quay bánh cam, con đội được đẩy lên, khiến pittông di chuyển về phía buồng hút và tạo ra độ chân không ở buồng đẩy Điều này làm nén các lò xo và cho phép nhiên liệu chảy từ buồng hút qua van đẩy vào buồng đẩy.
Hình 2-6 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bơm thấp áp kiểu piston
A hành trình hút, B Hành trình đẩy 1-Cam; 2- Con lăn; 3-Thân con đội; 4,7,9,11-Lò xo; 5-Cần kéo; 6-Van nạp; 8-Rãnh thoát; 10-Piston; 12-Van đẩy; 13-Bơm tay;
A-Từ lọc thô đến; B-Đến bầu lọc tinh.
Hệ thống nhiên liệu CommonRail Diesel
Hình 2-9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống cung cấp nhiên liệu 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 Ắc quy thủy lực ; 8 Van an toàn (giới hạn áp suất); 9 Vòi phun; 10 Các cảm biến nối đến ECU(PCM) và Bộ điều khiển thiết bị (EDU); 11.Đường về nhiên liệu (thấp áp) ; EDU:(Electronic Driver Unit) và ECU : (Electronic Control Unit).
Hệ thống nhiên liệu Common Rail hoạt động tương tự như hệ thống diesel truyền thống, với nhiên liệu được bơm từ bình chứa qua đường nhiên liệu áp suất thấp đến bơm cao áp Nhiên liệu sau đó được nén ở áp suất cao và dẫn đến ắc quy thủy lực, từ đó phân phối đến các vòi phun để chuẩn bị cho quá trình phun vào xy lanh Điểm khác biệt chính của hệ thống Common Rail là áp suất phun hoàn toàn tách biệt với tốc độ và lượng nhiên liệu phun ra, cho phép điều chỉnh lượng nhiên liệu dựa trên mức độ đạp ga của người lái Thời điểm và áp suất phun được điều chỉnh dựa trên dữ liệu từ ECU, đảm bảo lượng nhiên liệu phun vào từng xy lanh là khác nhau Nhiên liệu thừa ở vòi phun sẽ được hồi về ắc quy thủy lực và quay lại bơm cao áp, trong khi van áp suất mở để đảm bảo lượng nhiên liệu trở về thùng chứa khi áp suất quá lớn Hệ thống này còn được trang bị cảm biến áp suất và van an toàn để bảo vệ khi áp suất vượt mức cho phép.
Phương pháp này cho phép áp suất vòi phun đạt từ 1600 đến 2000 bar, đặc biệt duy trì áp suất này ngay cả khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp Hệ thống nhiên liệu Common Rail bao gồm ba hành trình phun: phun mồi, phun chính và phun thứ cấp.
4 thành phần chính góp mặt trong 1 hệ thống Common Rail là:
Bơm cao áp có van cân bằng áp và đo lường
Hệ thống các cơ cấu chấp hành.
Bộ điều khiển điện tử ECU, EDU
Hình 2-10 Mạch áp suất thấp
Hình 2-11 Mạch áp suất cao
Hình 2-12 Mạch hồi dầu (mũi tên chỉ cho thấy khi van mở nhiên liệu qua bơm cao áp về lại thùng chứa)
Hình 2-13 ECU, cảm biến và cơ cấu chấp hành
2.3.2 Các chức năng của hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel.
Hệ thống common rail chia thành 3 nhóm:
ECU (PCM) và hệ thống các cảm biến
Chức năng chính và phụ của hệ thế nhiên liệu Common Rail bao gồm:
Chức năng chính của động cơ là điều khiển thời điểm phun, lượng nhiên liệu và áp suất phun một cách hợp lý, tùy thuộc vào từng chế độ làm việc của động cơ.
Hệ thống common rail trong động cơ Diesel giúp điều khiển các hệ thống như hồi khí thải, tăng áp và ga tự động, nhằm giảm thiểu tiêu hao nhiên liệu và khí thải độc hại So với động cơ Diesel kiểu cũ, hệ thống này giảm tiếng ồn và khói đen, đặc biệt trong quá trình khởi động và tăng tốc Áp suất phun từ các vòi phun dao động từ 1600 – 2000 bar, cho phép phun nhiên liệu ở tất cả các chế độ làm việc, kể cả khi động cơ ở tốc độ thấp Áp suất cao giúp nhiên liệu được phun tơi hơn, từ đó cải thiện quá trình cháy, làm cho nó triệt để và sạch hơn.
Sự cải tiến của bơm cao áp với thiết kế bơm piston hình sao lệch 120 độ đã giúp động cơ hoạt động êm ái hơn Bơm cao áp không chỉ mang lại khả năng vận hành trơn tru mà còn tăng năng suất làm việc và giảm tải trọng cho động cơ.
Hình 2-14 Kết cấu bơm cao áp
Các giai đoạn của hệ thống Common Rail đều có ý nghĩa quan trọng trong quá trình hoạt động của động cơ Giai đoạn phun mồi giúp giảm thời gian cháy trễ, trong khi giai đoạn phun thứ cấp đảm bảo nhiên liệu trong xy lanh được cháy hoàn toàn Hệ thống hồi lưu khí xả EGR và bộ tăng áp là hai hệ thống sử dụng công nghệ điều khiển điện tử, nhằm nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ.
Vòi phun trong hệ thống Common Rail được trang bị van trợ lực điện từ, đảm bảo tính chính xác cao Với áp suất lớn bên trong vòi phun, các bộ phận như lò xo, kim phun và van cũng cần được thiết kế với độ chính xác tương tự để hoạt động hiệu quả.
Hình 2-15 Vòi phun Common Rail Diesel-Bosch
Những phân tích và nhận định trên đây giúp ta thu lại 5 ưu điểm chính của hệ thống nhiên liệu Common Rail bao gồm:
Lượng tiêu thụ nhiên liệu thấp
Hạn chế tối đa lượng khí thải thải ra môi trường
Khả năng làm việc của động cơ được cải thiện: trơn tru, giảm tiếng ồn,…
Các tính năng của động cơ được cải thiện đáng kể
Bên cạnh đó thì cũng dễ thấy được những nhược điểm của hệ thống này bao gồm:
Quá trình thiết kế, sản xuất đòi hỏi yêu cầu cao về công nghệ, cách thức
Tương đối khó khăn trong việc đưa ra sự lựa chọn về khả năng lắp đặt hệ thống Common Rail trên các động cơ đời cũ.
Thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ Duratorq 2.4l
Thông số động cơ Duratorq
Động cơ Duratorq 2.4L FORD là động cơ 4 xy lanh thẳng hàng với thứ tự nổ 1-3-4-2, cung cấp công suất lên tới 74 KW tại 3500 vòng/phút Hệ thống phối khí được dẫn động trực tiếp từ trục cam qua con đội thuỷ lực, với 4 xupáp trên mỗi xylanh (2 xupáp nạp và 2 xupáp thải), giúp tối ưu hóa chất lượng nạp và thải, từ đó nâng cao công suất hoạt động của động cơ Ngoài ra, động cơ cũng giảm thiểu lượng khí thải ra môi trường nhờ vào hệ thống phun nhiên liệu diesel điện tử và hệ thống tuần hoàn khí xả, đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả cao.
Bảng 3-1 Bảng thông số kỹ thuật động cơ.
Thông số Giá trị Đ ơn vị
Số xy lanh 4 xy lanh thẳng hàng
Thông số Giá trị Đ ơn vị Thứ tự làm việc 1-3-4-2
Hành trình piston 94,6 [ mm] Đường kính xilanh 89,9 [ mm]
Tổng dung tích 2402 [ cm 3 ] Kiểu buồng cháy
Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống
Sơ đồ của hệ thống được thể hiện ở hình 2-8
Hình 4-16 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Duratorq 2.4l
A Đường hồi nhiên liệu từ bơm cao áp; B Đường áp suất cao lên ống phân phối nhiên liệu; C Đường cao áp tới kim phun; D Đường dầu hồi; E Nhiên liệu trở lại thùng chứa; F Đường nhiên liệu từ lọc tới bơm cao áp; 1- Bơm cao áp; 2- Ống phân phối nhiên liệu; 3- Vòi phun; 4- Van an toàn; 5- Nhánh đưa dầu về thùng; 6- Thùng nhiên liệu; 7- Bơm dầu và cảm biến lượng nhiên liệu trong thùng; 8- Lọc nhiên liệu; 9- Bơm chuyển nhiên liệu.
Trong hệ thống nhiên liệu gồm có các bộ phận chính sau:
Thùng nhiên liệu 6 chứa nhiên liệu, được chuyển qua lọc nhiên liệu 8 trước khi đến bơm chuyển nhiên liệu 9 Từ bơm chuyển này, nhiên liệu sẽ được vận chuyển tới bơm cao áp 1.
Bơm cao áp 1 là thiết bị tạo ra nhiên liệu với áp suất cao cho quá trình phun của vòi phun, được lắp đặt tại vị trí tương tự như bơm phân phối trong hệ thống nhiên liệu cũ Nhiên liệu từ bơm cao áp được đẩy vào ống phân phối, nơi lưu trữ nhiên liệu với áp suất khoảng 2000 bar Quá trình phun nhiên liệu diễn ra thông qua ống phân phối, và trên ống này có các bộ phận như cảm biến áp suất và van điều áp để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Nhiên liệu từ ống phân phối được chuyển tới vòi phun 3, có chức năng phun nhiên liệu vào xy lanh động cơ Đường dẫn nhiên liệu tới vòi phun là các ống cao áp, tạo ra hỗn hợp nhiên liệu và không khí nén, hình thành hòa khí tự cháy và sinh công Thứ tự cung cấp nhiên liệu cho các xy lanh là 1-3-4-2, tương ứng với thứ tự nổ của động cơ Để đảm bảo thành phần nhiên liệu phù hợp với từng chế độ hoạt động, hệ thống được trang bị các cảm biến như áp suất khí nạp, tốc độ động cơ, nhiệt độ nước làm mát và vị trí bàn đạp ga Các cảm biến này gửi tín hiệu về bộ điều khiển PCM, có nhiệm vụ xử lý tín hiệu và phát ra tín hiệu điều khiển vòi phun, quyết định lượng nhiên liệu mà bơm cung cấp cho các vòi phun.
3.2.1 Đặc trưng hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.4l
Tốc độ động cơ có khả năng chính xác cao do các quá trình được điều khiển bằng điện tử
Khả năng hòa trộn nhiên liệu tốt hơn do áp suất phun lớn
Có dự trữ nhiên liệu dưới dạng áp suất lớn Nhiên liệu sẽ được phun với áp suất cao ở mọi thời điểm mà động cơ làm việc
Động cơ làm việc mượt mà, trơn tru, ít tiếng ồn và khí thải ít
3.2.2 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ Duratorq 2.4l
Nhiệm vụ đối với hệ thống nhiên liệu động cơ Duratarq 2.4l:
Đảm bảo lượng nhiên liệu dự trữ Động cơ sẽ phải được hoạt động một cách liên tục ở một khoảng thời gian xác định
Khả năng lọc cặn hay các tạp chất không cần thiết có mặt trong nhiên liệu
Cung cấp đủ nhiên liệu cho từng hành trình làm việc của động cơ
Cung cấp nhiên liệu theo đúng quy trình, đúng thứ tự làm việc trong động cơ
Để tối ưu hóa quy trình phun nhiên liệu, cần tính toán cẩn thận các yếu tố như hình dạng, kích thước và phương hướng của các tia nhiên liệu Việc này không chỉ gia tăng khả năng phun tơi mà còn đảm bảo lượng nhiên liệu được phân bố đồng đều trong buồng cháy.
Yêu cầu dành cho hệ thống nhiên liệu động cơ Duratorq 2.4l:
Thời điểm phun nhiên liệu (tức là góc phun sớm 1).
Sự thay đổi lưu lượng nhiên liệu trong quá trình phun (tức là quy luật cấp nhiên liệu ).
Chất lượng phun (Phun tơi và đều).
Khả năng hòa trộn giữa nhiên liệu và không khí bên trong xy lanh.
l 24
Áp suất nhiên liệu và quy trình phun nhiên liệu trong động cơ Duratorq hoạt động độc lập với tốc độ và chế độ làm việc của động cơ, cũng như lượng nhiên liệu được tính toán để phun Nhiên liệu cần thiết luôn được dự trữ trong ống tích trữ và sẵn sàng để cấp Lượng nhiên liệu phun ra phụ thuộc vào thao tác đạp ga của người lái, trong khi thời điểm phun được tính toán chính xác thông qua ECU PCM là bộ phận điều khiển các kim phun, đảm bảo nhiên liệu được phun vào bên trong xy lanh động cơ một cách hiệu quả.
3.2.4 Ưu điểm của hệ thống nhiên liệu Common Rail
Độ tin cậy trong quá trình làm việc.
Các giai đoạn phun sơ khởi và phun hỗn hợp làm giảm lượng khí thải đen thoát ra Áp suất phun lớn cũng hạn chế lượng khí thải này
Tính kinh tế nhiên liệu được cải thiện nhờ hệ thống phun được điều khiển bằng điện tử
Hiệu suất làm việc tăng cao do các bộ phận được lựa chọn làm việc tự do so với các hành trình làm việc của động cơ
Quá trình phun riêng rẽ giúp hạn chế tối đa tiếng ồn trong quá trình làm việc đến từ động cơ
Hệ thống Common Rail được thiết kế để tương thích với các động cơ diesel hiện có, cho phép lắp đặt mà không cần thay đổi lớn, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm chi phí cho việc nâng cấp động cơ.
3.2.5 Đặc tính phun của hệ thống Common Rail
Lưu lượng và áp suất phun hoàn toàn độc lập riêng rẽ (tạo điều kiệnsở hữu tỉ lệ hỗn hợp A/F lí tưởng).
Lương nhiên liệu phun ở thời điểm ban đầu cực nhỏ.
Giai đoạn phun sơ khởi
Hình 4-17 Đường đặc tính phun của hệ thống Common Rail
Hệ thống Common Rail là hệ thống thiết kế theo module, có các thành phần:
Kim phun gắn van điện từ (cuộn dây solenoid) có trên nắp máy.
Các thiết bị sau được sự hoạt động điều khiển của hệ thống:
Cảm biến đo tốc độ trục khuỷu.
Cảm biến đo tốc độ trục cam.
Các loại cảm biến khác.
Kim phun nhiên liệu kết nối với ống tích trữ qua đường ống cao áp ngắn, và hoạt động nhờ vào điện từ van solenoid được cung cấp bởi PCM Việc phun nhiên liệu chỉ diễn ra khi van solenoid được cấp điện, do đó, lượng nhiên liệu phun ra phụ thuộc vào điện áp cao vào van Thời điểm phun không thay đổi, được xác định bởi hệ thống đóng mở góc phun sớm, mà hệ thống này lại được điều khiển bởi các cảm biến tốc độ động cơ, cụ thể là các cảm biến trên đầu trục cam.
* Phun sơ khởi ( pilot injection ).
Phun sơ khởi xảy ra sớm đến 90 độ trước điểm chết trên (ĐCT) Nếu thời điểm phun sơ khởi nhỏ hơn 40 độ, nhiên liệu có thể bám vào bề mặt piston và thành xi lanh, dẫn đến việc làm loãng dầu bôi trơn.
Trong quá trình phun sơ khởi, một lượng nhỏ nhiên liệu (1-4 mm³) được phun vào xy lanh, giúp cải thiện rõ rệt quá trình cháy Kết quả mang lại bao gồm áp suất cuối quá trình nén tăng nhẹ và nhiên liệu được đốt một phần, hạn chế khả năng cháy trễ và ngăn chặn áp suất tăng đột ngột Quá trình cháy trở nên trơn tru và êm dịu hơn, giúp động cơ vận hành êm ái, giảm tiếng ồn và tiêu hao nhiên liệu Đồng thời, việc này còn ngăn chặn tình trạng độc hại từ khí thải, góp phần nâng cao khả năng hoạt động và công suất của động cơ.
* Giai đoạn phun chính ( main injection ).
Phun chính là giai đoạn quyết định sức kéo của động cơ, ảnh hưởng lớn đến khả năng vận hành của nó Đây là thời điểm mà sức kéo của động cơ được gia tăng, giúp động cơ hoạt động theo ý muốn.
* Giai đoạn phun thứ cấp ( secondary injection ).
Giai đoạn phun thứ là yếu tố quyết định trong việc giảm thiểu NOx khi thải khí Giai đoạn này bắt đầu sau khoảng 200 độ C từ ĐCT, khi nhiên liệu không được đốt cháy mà tự bốc hơi nhờ sức nóng từ ống thải Trong quá trình thải, hỗn hợp khí thải và nhiên liệu sẽ được đẩy ra ngoài qua xupap thải, trong khi một phần nhiên liệu được hồi lại buồng cháy thông qua hệ thống luân hồi khí thải EGR Bộ hóa khử được trang bị trong động cơ Duratorq nhằm giảm lượng khí thải thoát ra tại xupap thải.
Đặc điểm kết cấu và nguyên lý hoạt động của các cụm chi tiết
Thùng nhiên liệu có dung tích 80 lít, được chế tạo từ các lá thép dập chắc chắn Trên nắp thùng có lỗ thoát hơi, trong khi phần ống hút được đặt cao hơn đáy khoảng 3 cm Đặc biệt, phía dưới đáy thùng còn có nút xả tiện lợi.
* Nhiệm vụ của bầu lọc tinh:
Bầu lọc tinh có vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các tạp chất và nước khỏi nhiên liệu, đặc biệt là các tạp chất cơ học nhỏ Quá trình lọc tinh là cần thiết để đảm bảo nhiên liệu cung cấp cho động cơ hoạt động hiệu quả và ổn định.
Hình 4-18 Kết cấu bầu lọc
1- Nhiên liệu từ thùng chứa tới lọc; 2- Nhiên liệu tới ống phân phối; 3- nắp bầu lọc; 4- Lõi lọc; 5- Thân bầu lọc; 6- Lượng nuớc có trong bầu lọc; 7- Cảm biến lượng nước có trong bầu lọc; 8- Bu lông xả nước.
Vỏ bầu lọc được làm từ nhựa, trong khi lõi lọc của động cơ Duratorq 2.4l sử dụng giấy lọc Bình lọc được trang bị cảm biến báo mức nước bên trong, và dưới đáy có bu lông xả nước cùng tạp chất Khi lượng nước và tạp chất vượt mức cho phép, cảm biến sẽ gửi tín hiệu cho PCM và đèn cảnh báo khả năng lọc nhiên liệu sẽ hiển thị.
Hình 4-19 Kết cấu bơm chuyển nhiên liệu
1- Trục chủ động; 2- Phốt làm kín; 3- Van an toàn; 4- Lò xo giữ van an toàn; 5- Ốc giữ lò xo van an toàn; 6- Nắp; 7- Đương nhiên liệu vào; 8- Bọng hút; 9- Bánh răng chủ động; 10- Mặt bích;
11- Then; 12- Bọng đẩy; 13- Bánh răng chủ động; 14- Trục bị động; 15- Đường nhiên liệu ra; 16- thân bơm; 17- Lỗ lắp bulông.
Bơm chuyển nhiên liệu, hay còn gọi là bơm thấp áp, là loại bơm bánh răng có trang bị van an toàn Nhiên liệu được vận chuyển thông qua sự quay kết hợp của hai bánh răng, với tốc độ quay tỷ lệ thuận với tốc độ của động cơ.
Bơm chuyển nhiên liệu hoạt động cùng trục với bơm cao áp, có nhiệm vụ chuyển nhiên liệu từ thùng chứa đến bơm cao áp Bơm này hoạt động với áp suất thấp, dao động trong khoảng 3-3.5 bar.
Khi bánh răng chủ động quay ở bọng hút 8, các cặp bánh răng ra khớp, giải phóng thể tích rảnh răng, dẫn đến áp suất giảm và bơm hút chất lỏng qua đường nhiên liệu vào 7 Ngược lại, khi bánh răng chủ động quay ở bọng hút 12, các cặp bánh răng ăn khớp làm giảm thể tích làm việc, từ đó tăng áp suất và đẩy chất lỏng qua đường nhiên liệu.
15 Áp suất tăng lên có thể gây ra vỡ bơm vì thế có lắp van an toàn 5 để bảo vệ hệ thống.
Hình 4-20 Kết cấu bơm cao áp
1- Đường nhiên liệu từ bơm tiếp vận; 2- Trục dẫn động; 3-Van hút; 4- Nhiên liệu áp suất cao đến ống phân phối; 5- Piston; 6-Cam lệch tâm; 7- Buồng chứa của bơm piston; 8- Van điều khiển áp suất; 9- Đường dầu hồi; 10- Lò xo; 11- Van bơm.
Bơm cao áp cung cấp nhiên liệu với áp suất lên tới 1600 bar và chuyển nó tới ống phân phối Được kết nối với trục cam hút qua một khớp nối, bơm cao áp được dẫn động bởi trục cam với tốc độ quay bằng một nửa tốc độ động cơ Lượng nhiên liệu phân phối từ bơm tỉ lệ thuận với tốc độ quay của động cơ, và trong quá trình phun, tỷ số truyền thay đổi theo góc tốc độ trục khuỷu, đảm bảo cung cấp nhiên liệu phù hợp với chế độ hoạt động Tỷ số truyền hợp lý thường dao động từ 1:2 đến 1:3.
Ba piston bơm trong bơm cao áp được sắp xếp theo hướng kính và cách nhau 120 độ, hoạt động không đồng thời để giảm thiểu lực cản Điều này giúp duy trì ứng suất trên hệ thống dẫn động, làm giảm tải trọng lên hệ thống truyền động của động cơ Duratorq Do đó, yêu cầu về công suất cho bơm dẫn động không cao, tỷ lệ với áp suất trong ống phân phối và tốc độ của bơm.
Nguyên lý làm việc của đường nhiên liệu 1 là chuyển nhiên liệu từ bơm đến bơm cao áp, nơi có trục với cam lệch tâm Cam lệch tâm này giúp ba piston hoạt động liên tục lên xuống Khi van nạp mở, nhiên liệu chảy vào buồng chứa của bơm piston, được nén với áp suất cao cho đến khi piston chạm điểm chết trên, sau đó nhiên liệu thoát ra ống phân phối.
Bơm cao áp cung cấp một lượng lớn nhiên liệu, điều này có thể gây ra hiện tượng thừa nhiên liệu, đặc biệt trong giai đoạn chạy rà và tải nhỏ Lượng nhiên liệu thừa này sẽ được hồi về thùng chứa thông qua các van điều chỉnh áp suất.
Bơm piston của bơm cao áp có nhiệm vụ chuyển nhiên liệu với áp suất lớn đến ống phân phối (Rail) Lượng nhiên liệu được bơm đi được điều chỉnh bởi van điều chỉnh áp suất.
Bơm piston có 3 piston được bố trí theo hướng kính và cách nhau 120 độ, với cam lệch tâm giúp chúng chuyển động lên xuống lần lượt và có sự hỗ trợ từ lò xo Khi piston bị đẩy xuống, van nạp mở ra để nạp nhiên liệu vào không gian chân không phía trên piston Quá trình nạp dừng lại khi piston ở vị trí thấp nhất Khi piston di chuyển lên, nhiên liệu sẽ bị nén, làm tăng áp suất và mở van bơm Nhiên liệu sau đó được thoát ra qua ống cao áp đến ống phân phối, trong khi van nạp đóng lại để ngăn không cho nhiên liệu quay trở lại bơm nạp.
Thiết kế các hệ thống cảm biến hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel động cơ Duratorq 2.4l
3.4.1 Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP)
Cảm biến áp suất đường ống nạp là thiết bị quan trọng trong hệ thống EFI kiểu D, giúp xác định chính xác áp suất của đường ống nạp nhiên liệu.
Cảm biến áp suất, một loại cảm biến chân không, hoạt động dựa trên nguyên lý cầu Wheaston Thiết bị này sử dụng mạch cầu để đo điện trở, từ đó xác định điện thế phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.
Hình 4-25 Kết cấu của cảm biến áp suất đường ống nạp
1- tấm silicon; 2- Buồng chân không; 3- Lọc.
Cảm biến được cấu tạo từ một tấm silicon mỏng hai mặt, được phủ lớp thạch anh để tạo ra điện trở áp điện Khi kết nối điện trở với các điện trở áp điện, một mạch cầu Wheastone sẽ được hình thành.
Khi áp suất trong đường ống nạp thay đổi, điện trở áp điện cũng biến thiên, và mạch cầu Wheastone chuyển đổi sự thay đổi này thành sự biến đổi điện áp Dữ liệu sẽ được truyền về PCM thông qua PIM, với điện áp ở mức 5V.
Khi áp suất trong đường ống nạp thay đổi, điện trở áp điện cũng thay đổi Mạch cầu Wheastone chuyển đổi sự thay đổi này thành điện áp, sau đó truyền tín hiệu đến PCM qua chân PIM Điện áp sử dụng trong quá trình này là 5V.
Gắn IC vào cảm biến áp suất đường ống nạp giúp xác nhận áp suất tương tự như tín hiệu PIM, từ đó ECU có thể xác định thời gian phun và góc đánh lửa sớm chính xác hơn.
Bộ cảm biến này bao gồm một chip silic và một buồng chân không, trong đó một bên của chip được kết nối với buồng chân không, trong khi bên còn lại tiếp xúc với môi trường bên ngoài Quá trình sản xuất không yêu cầu hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn, vì áp suất đường ống nạp luôn được xác định chính xác bất kể sự biến đổi độ cao.
Hình 4-26 Sơ đồ mạch điện và đường đặc tính của cảm biến áp suất đường ống nạp
3.4.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp (IAT).
Cảm biến nhiệt độ gió nạp, thường lắp đặt tại ống góp hút hoặc vị trí bộ giải nhiệt gió nạp, là loại biến trở nhiệt âm NTC tuyến tính Chức năng của nó là kiểm tra nhiệt độ khí nạp vào động cơ và gửi tín hiệu về ECU để điều chỉnh lượng nhiên liệu phun hợp lý.
Hình 4-27 Cảm biến nhiệt độ khí nạp
1- Điện trở; 2- Thân cảm biến; 3- Chất cách điện; 4- Giắc cắm.
Cảm biến nhiệt độ khí nạp hoạt động dựa trên một điện trở có giá trị thay đổi theo nhiệt độ khí nạp Cụ thể, khi nhiệt độ tăng, trị số điện trở sẽ giảm và ngược lại PCM (Bộ điều khiển động cơ) nhận diện sự biến đổi nhiệt độ khí nạp thông qua tín hiệu từ điện trở, từ đó thực hiện các biện pháp xử lý phù hợp để tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
Cảm biến nhiệt độ khí nạp được nối với PCM như sơ đồ dưới đây
Hình 4-28 Sơ đồ nối cảm biến nhiệt độ khí nạp với PCM
Chân E kết nối với chân E2 của PCM để cung cấp Mass cho cảm biến Chân THA được kéo lên nguồn Vcc trước khi tín hiệu được xử lý Do điện trở trong PCM và nhiệt điện trở trong cảm biến khí nạp được mắc nối tiếp, nên điện áp tín hiệu THA sẽ thay đổi theo giá trị điện trở của nhiệt điện trở.
3.4.3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (ECT).
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát trên động cơ Duratorq 2.4l thực chất là một nhiệt điện trở
Hình 4-29 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
1-Điện trở; 2-Thân cảm biến; 3-Chất cách điện; 4-Giắc cắm; 5- Đầu cắm điện
Cảm biến hoạt động dựa trên nguyên tắc của nhiệt điện trở thông thường, được sản xuất từ các vật liệu bán dẫn với hệ số điện trở nhỏ hơn.
0 Theo nguyên tắc thông thường, nhiệt độ tăng thì điện trở giảm và ngược lại Sự thay đổi về điện trở sẽ dẫn đến sự thay đổi về điện áp Các tín hiệu được gửi tới ECU để có sự điều chỉnh phù hợp
Trong quá trình hoạt động của động cơ, cảm biến nhiệt độ nước làm mát liên tục gửi tín hiệu về PCM Nếu nhiệt độ nước làm mát quá thấp, khả năng bay hơi của nhiên liệu sẽ giảm, dẫn đến việc cần phải tăng cường lượng nhiên liệu, tạo ra một hỗn hợp nhiên liệu đậm hơn.
Khi nhiệt độ nước làm mát giảm, điện trở của nhiệt điện trở tăng lên, dẫn đến tín hiệu ECT được gửi đến PCM Dựa vào tín hiệu này, PCM điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào phù hợp Ngược lại, khi nhiệt độ nước làm mát tăng, PCM sẽ giảm lượng nhiên liệu phun.
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát không chỉ có chức năng giám sát nhiệt độ mà còn được kết nối với quạt làm mát Khi cảm biến phát hiện nước cần được làm mát, quạt sẽ tự động được kích hoạt để hoạt động Dưới đây là sơ đồ mạch điện của cảm biến nước làm mát.
Hình 4-30 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Thiết kế hệ thống điều khiển điện tử
Giới thiệu sơ đồ tổng quan chức năng điều khiển điện tử ĐẾ N GIẮ C NGUỒ N CUNG CẤ P ĐẾ N GIẮ C CHUẨ N ĐOÁN VAÌ CẠC DÁY MẢ NG
Hình 4-38 Sơ đồ điều khiển hệ thống nhiên liệu
1- Cảm biến nhiệt độ dầu bôi trơn; 2- Cảm biến nhiệt độ khí nạp; 3- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 4- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu; 5- Bộ vòi phun; 6- Van EGR; 7- Cảm biến vị trí chân ga (APP); 8- Relay chính; 9- Cầu chì ácquy; 10- Ắcquy; 11- Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP); 12- Cảm biến vị trí trục cam (CMP); 13- Cảm biến áp suất nhiên liệu; 14- Cảm biến áp suất khí nạp; 15- Bộ bugi xông máy; 16- Hộp PCM
Hệ thống điều khiển điện tử sử dụng các cảm biến để cung cấp thông tin cho bộ điều khiển động cơ PCM, bao gồm số vòng quay trục khuỷu (CKP), vị trí bàn đạp chân ga (APP), nhiệt độ và áp suất trên đường ống nạp, cũng như nhiệt độ làm việc của động cơ Các cảm biến hoạt động theo nguyên tắc khác nhau và truyền tải thông tin dưới dạng tín hiệu điện, như tín hiệu số, tín hiệu tương tự (analog), tín hiệu điện áp biến đổi và tín hiệu tần số, trước khi được xử lý bởi bộ điều khiển PCM.
Bộ điều khiển động cơ PCM: (Powertrain Control Module).
Bộ điều khiển động cơ PCM đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh thời điểm và lượng nhiên liệu phun, cũng như quản lý hệ thống tuần hoàn khí thải PCM có cấu trúc 104 chân, được chia thành ba ổ giắc nối: ổ C1 với 32 chân, ổ C2 với 48 chân và ổ C3 với 32 chân.
Bộ điều khiển GEM, nằm ở phía sau hộp cốp tay, bao gồm cả bộ phận phân phối nguồn với rơ le và cầu chì Đây là một thiết bị điện tử quan trọng, điều khiển hầu hết các hệ thống điện tử tiện nghi trên xe Tùy thuộc vào các trang bị trên xe, có ba đời GEM khác nhau được sử dụng cho các loại xe.
-GEM đời thấp ký hiệu là A, mã số 6C1T - 14A073-AX
-GEM đời trung ký hiệu là B, mã số 6C1T- 14A073-BX (BK FVL)
-GEM đời cao ký hiệu là C, mã số 6C1T-14A073-CX (CK FVL)
-GEM theo kênh Service ký hiệu là D (GEM theo kênh Service tương ứng với gem đời cao), mã số 6C1T-14A073-DX
Tất cả các đời GEM đều được trang bị chức năng báo động và chức năng báo giờ Chức năng báo giờ sẽ truyền thông tin đến các bộ điều khiển khác qua đường truyền CAN.
Bộ điều khiển GEM thực hiện kiểm tra toàn bộ dữ liệu đã được cài đặt và ghi lại mã lỗi (DTCS) nếu phát hiện sự cố Nếu có bất kỳ lỗi nào xảy ra, chức năng của bộ điều khiển GEM sẽ bị hạn chế.
Bộ điều khiển động cơ PCM kết nối với bộ điều khiển GEM thông qua đường truyền tốc độ HS-CAN, trong khi bộ điều khiển GEM hoạt động như một cổng giao tiếp (Gateway) giữa HS-CAN và đường truyền tốc độ trung bình MS-CAN, cho phép trao đổi thông tin hiệu quả.
Trong động cơ, khi mở khoá điện hệ thống quản lý động cơ sẽ chuyển năng lượng ( tín hiệu) qua PCM và rơ-le năng lượng mở.
Khi động cơ tắt khóa điện, PCM sẽ ngừng hoạt động và dừng động cơ Lúc này, van đóng ngắt điện không còn nhận năng lượng (tín hiệu), dẫn đến việc cắt rơ-le điện từ thông qua PCM.
Trong quá trình hoạt động của động cơ, PCM liên tục thu nhận tín hiệu từ các cảm biến và khóa điện để theo dõi trạng thái thực tế của động cơ và bơm.
Các tần số và tín hiệu từ khoá cung cấp thông tin về quá trình hoạt động của động cơ PCM sẽ so sánh các tín hiệu này với chương trình lập trình có sẵn trong bộ nhớ để xác định sự chênh lệch Dựa trên các giá trị này, hệ thống sẽ đưa ra các điều chỉnh cần thiết để kiểm soát động cơ một cách hiệu quả.
Dựa vào tín hiệu từ các cảm biến như cảm biến nhiệt độ môi trường, cảm biến áp suất nhiên liệu và cảm biến tốc độ động cơ, bộ GEM gửi thông tin tới bộ điều khiển PCM qua giao thức HS-CAN Hệ thống xử lý sẽ so sánh các tín hiệu này với thông tin đã được cài đặt trong bộ nhớ PCM, từ đó xác định các thông số đầu ra nhằm điều khiển các bộ phận thừa hành, đảm bảo động cơ hoạt động trong điều kiện tối ưu.
Bài viết đề cập đến các cơ cấu chấp hành được điều khiển bởi tín hiệu đầu ra từ bộ điều khiển PCM, kết nối với bộ điều khiển GEM qua đường truyền tốc độ cao HS-CAN Các cơ cấu chấp hành như vòi phun, bơm cao áp và van EGR được điều chỉnh để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả theo các tín hiệu đầu vào.
3.5.3 Bộ xử lí điều khiển góc phun sớm
Hình 4-39 Đặc tính điều chỉnh góc phun sớm
Bộ xử lý điều khiển góc phun sớm dựa trên tín hiệu từ cảm biến vòng quay động cơ và các cảm biến trạng thái như cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến vị trí bàn đạp ga và cảm biến áp suất khí nạp Để xác định góc phun sớm tối ưu, cần thực hiện các thí nghiệm xây dựng đặc tính điều chỉnh góc phun sớm của động cơ trong điều kiện tốc độ và lượng nhiên liệu không thay đổi Qua việc thay đổi góc phun sớm, các giá trị Ne = f() và ge f() sẽ được xác định, từ đó tìm ra góc phun sớm tốt nhất tại vị trí Nemax và gemax.
Dựa trên các thực nghiệm, góc phun sớm được xác định tùy thuộc vào tốc độ động cơ và tải trọng, nằm trong khoảng từ 15 đến 35 độ Các giá trị góc phun sớm tương ứng với từng tốc độ và tải trọng của động cơ được tổng hợp thành bảng, được gọi là góc phun sớm cơ sở.
Khi động cơ hoạt động, bộ xử lý tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến như cảm biến vị trí trục khuỷu và cảm biến bàn đạp ga để xác định số vòng quay và tải trọng của động cơ Dựa trên hai thông số này, bộ xử lý tham chiếu bảng góc phun sớm cơ sở để xác định giá trị góc phun sớm Sau đó, bộ xử lý sử dụng thông tin từ các cảm biến khác như cảm biến nước làm mát và cảm biến nhiệt độ khí nạp để điều chỉnh giá trị góc phun sớm cho phù hợp Giá trị này được sử dụng để điều khiển các bộ phận thừa hành như bơm và vòi phun.