Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp Common rail

hệ thống common rail là một trong những hệ thống nhiên liệu dượcđiều khiển bằng điện tử Hệ thống common rail có ưu điểm nổi bật hơn các hệ thống điều khiên bằng khác: sự phân phối nhiên liệu đến mỗi kim phun rất đều nhiên liệu dược dự trữ ở ống phân phối common rail coi như không đáng kể

HEÄ THOÁNG COMMON - RAIL

I GIỚI THIỆU

II SƠ ĐỒ BỐ TRÍ TRÊN XE

III SƠ ĐỒ HỆ THỐNG COMMON-RAIL

IV CHI TIẾT CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG COMMON - RAIL

V ĐIỀU KHIỂN PHUN NHIÊN LIỆU

VI ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT NHIÊN LIỆU TRONG ỐNG

PHÂN PHỐI

VII CHỨC NĂNG KHÁC ,VẤN ĐỀ BẢO DƯỠNG VÀ MỘT SỐ HƯ HỎNG

Hệ thống Common-rail là một trong những hệ thống nhiên liệu được điều khiển bằng điện tử.

Hệ thống Common-rail có ưu điểm nổi bật hơn các hệ thống điều

khiển bằng khác :

_ Sự phân phối nhiên liệu đến mỗi kim phun rất đều

_ Nhiên liệu được dự trữ ở ống phân phối nên sự dao động áp suất nhiên liệu trong hệ thống Common-rail coi như không đáng kể

4

16 14

1 Cảm biến vị trí bàn đạp ga

2 Cảm biến đo lưu lượng khí nạp

3 Cảm biến vị trí trục cam

4 Van EGR

5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

6 Cảm biến vị trí trục khuỷu

7 Cảm biến nhiệt độ khí nạp

8 Lọc nhiên liệu

9 Bơm cao áp

10 Thùng nhiên liệu

11 DRV

12 ECU

13 Kim phun

14 EDU

15 Cảm biến áp suất khí nạp

16 Cảm biến áp suất nhiên liệu

17 Ống phân phối

18 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

1-Thùng chứa nhiên liệu

2-Bơm cung cấp nhiên liệu

3-Lọc nhiên liệu.

4-Bơm cao áp

5-Oáng Phân Phối

6-Kim Phun

7-Van Điều Khiển Aùp Suất Nhiên Liệu

8-Van Giới Hạn Aùp Suất Nhiên

Liệu

9-Cảm Biến Aùp Suất Nhiên Liệu 10-Cảm Biến Aùp Suất Khí Nạp 11-Cảm Biến Nhiệt Độ Nước Làm Mát

12- Cảm Biến Nhiệt Độ Khí Nạp 13-Cảm Biến Nhiệt Độ Nhiên Liệu 14-Cảm Biến Lưu Lượng Khí Nạp 15-Cảm Biến Vị Trí Bàn Đạp Ga 16-Cảm Biến Vị Trí Trục Khuỷu 17-Cảm Biến Vị Trí Truc Cam 18-ECU

19-EDU

BƠM CUNG CẤP NHIÊN LIỆU

Bơm cung cấp được đặt trong thùng nhiên liệu hoặc đặt giữa thùng nhiên liệu và lọc nhiên liệu Bơm cung cấp hút nhiên liệu từ thùng chứa chuyển đến bơm cao áp một cách liên

7 Van giới hạn áp suất

8 Lối nhiên liệu ra

9 Van một chiều

Thông thường hệ thống lọc nhiên liệu có hai hay ba tầng Tầng lọc thứ nhất gọi là tầng lọc sơ cấp còn gọi là lọc thô, tầng lọc thứ hai gọi là tầng lọc thứ cấp còn gọi là tầng lọc tinh

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN NHIÊN LIỆU

CẢM BIẾN VỊ TRÍ CHÂN

CẢM BIẾN ÁP SUẤT/

LƯU LƯỢNG KHÍ NẠP

CẢM BIẾN ÁP SUẤT/

LƯU LƯỢNG KHÍ NẠP

CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

NƯỚC LÀM MÁT

CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

NƯỚC LÀM MÁT

CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

TÍN HIỆU TỐC ĐỘ XE

TÍN HIỆU TỐC ĐỘ XE

TÍN HIỆU KHỞI ĐỘNG

TÍN HIỆU KHỞI ĐỘNG

SƠ ĐỒ CÁC TÍN HIỆU DÙNG TÍNH TOÁN LƯỢNG PHUN CƠ BẢN

TÍN HIỆU TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

TÍN HIỆU TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

TÍN HIỆU VỊ TRÍ BƯỚM GA

TÍN HIỆU VỊ TRÍ BƯỚM GA

CÔNG TẮC MÁY LẠNH

NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT

CÔNG TẮC MÁY LẠNH

NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT

Ecu Tính toán lượng phun

cơ bản

Ecu Tính toán lượng phun

cơ bản

ECU tính toán lượng nhiên liệu cơ bản dựa vào tốc độ động cơ và tín hiệu vị trí bàn đạp ga Giá trị tín hiệu bàn đạp ga gởi về ECU để tính toán lượng phun còn phụ thuộc vào tín hiệu từ công tắc điều hòa nhiệt độ, nhiệt độ nước làm mát Sự tính toán đó dựa trên những phép tính của chương trình lưu trong bộ nhớ.

Lượng phun cơ bản được tính toán sẽ khác nhau ở từng chế độ tải khác nhau Chế độ tải được đánh giá thông qua vị trí bàn đạp ga

ĐIỀU CHỈNH LƯỢNG PHUN THEO ÁP SUẤT KHÍ NẠP

Điện áp từ cảm biến áp suất

CẢM BIẾN ÁP

SUẤT KHÍ NẠP

CẢM BIẾN ÁP

Chiều tăng hệ số hiệu chỉnh

ECU nhận thông tin áp suất khí nạp từ tín hiệu gởi về của cảm biến áp suất khí nạp, ECU tính toán hiệu chỉnh lượng phun để hỗn hợp không khí và nhiên liệu được phù hợp với chế độ đang làm việc của động cơ.

Thông tin áp suất khí nạp gởi về ECU ở dạng tín hiệu điện áp Áp suất tăng lên thì mức điện áp tăng theo Lượng phun hiệu chỉnh theo áp suất khí nạp được đặc trưng bởi hệ số hiệu chỉnh Khi tín hiệu điện áp tăng lên thì hệ số hiệu chỉnh lượng phun tăng theo Do đó lượng phun tăng theo.

ĐIỀU CHỈNH LƯỢNG PHUN THEO NHIỆT ĐỘ KHÍ NẠP

Chiều tăng hệ số hiệu chỉnh

Nhiệt độ khí nạp

CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ KHÍ NẠP

CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ KHÍ

1

ECU nhận thông tin nhiệt độ của không khí nạp từ cảm biến nhiệt độ khí nạp gởi về để tính toán lượng phun theo từng điều kiện nhiệt độ của không khí

nạp.

Hiệu chỉnh lượng phun theo nhiệt độ khí nạp được đặc trưng bởi hệ số hiệu

chỉnh Khi nhiệt độ khí nạp tăng lên hệ số hiệu chỉnh có xu hướng giảm

xuống

ĐIỀU CHỈNH LƯỢNG PHUN THEO NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT

Nhiệt độ nước làm mát

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Cảm biến nhiệt độ

Chiều tăng hệ số hiệu chỉnh

ECU nhận thông tin nhiệt độ động cơ từ tín hiệu của cảm biến nhiệt độ nước làm mát gởi về.

Hiệu chỉnh lượng phun theo nhiệt độ nước làm mát được đặc trương bởi hệ

số hiệu chỉnh Khi nhiệt độ nước làm mát tăng lên hệ số hiệu chỉnh có xu

hướng giảm xuống Do đó lượng phun được hiệu chỉnh giảm xuống

ĐIỀU CHỈNH LƯỢNG PHUN TRONG LÚC ĐỘNG CƠ KHỞI ĐỘNG

Tín hiệu khởi động

Tín hiệu khởi động

Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát

Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát

ECU

ECU

Lượng phun điều chỉnh

Lượng phun điều chỉnh

Lượng phun thực tế

Lượng phun thực tế

Lượng phun

cơ bản

Lượng phun

cơ bản

Khi khởi động ECU tính toán lượng phun bằng cách tổng hợp lượng phun cơ bản và lượng phun hiệu chỉnh Lượng phun hiệu chỉnh được tính toán dựa vào tín hiệu từ máy khởi động và tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát.

Động cơ dễ khởi động hay khó khởi động phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ lúc nó khởi động Lượng phun sẽ thay đổi theo từng điều kiện nhiệt độ mà

động cơ khởi động.

Khi khởi động trong điều kiện động cơ lạnh, nhiệt độ nước làm mát sẽ thấp, lưu lượng nhiên liệu sẽ được tăng cường để động cơ dễ khởi động.

ĐỘ NHIÊN LIỆU

TÍN HIỆU TỐC ĐỘ

Sự tính toán theo tốc độ chuẩn

So sánh

So sánh

Lưu lượng phun thực tế

Lưu lượng phun thực tế

KIM PHUN

TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG PHUN CƠ BẢN

ĐỘNG

 ĐIỀU CHỈNH THỜI ĐIỂM PHUN

ĐIỀU CHỈNH LƯỢNG PHUN THEO NHIỆT ĐỘ NL

Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu ECU

Chiề

u tăng hệ số hiệu chỉnh

ECU nhận thông tin nhiện độ nhiên liệu từ tín hiệu của cảm biến nhiệt độ nhiên liệu gởi về.

Hiệu chỉnh lượng phun theo nhiệt độ nhiên liệu được đặc trưng bởi hệ số hiệu chỉnh Khi nhiệt độ nhiên liệu tăng lên hệ số hiệu chỉnh có xu hướng giảm xuống Do đó lượng phun được hiệu chỉnh giảm xuống.

Nhiệt độ nhiên liệu

Kiểu bơm pít-tông hướng tâm sử dụng 3 pít-tông

Đến ống cao áp

2 3

5

9 4

6 Khoang ép nhiên liệu

7 Đường nhiên liệu cao áp ra

8 Van an toàn

9 Van điều khiển áp suất.

BƠM CAO ÁP

Khi trục dẫn động quay làm cho cam gắn trên nó quay theo làm cho các pít-tông bơm di chuyển lên xuống nhịp nhàng có thứ tự thông qua vòng cam Khi pít-tông bơm

đi xuống thì nhiên liệu được hút vào buồng ép thông qua van nạp Khi pít-tông đi lên nhiên liệu trong buồng ép bị pít-tông bơm nén ép tạo ra nhiên liệu có áp suất cao,

nhiên liệu có áp suất cao này được đẩy đến ống cao áp

Việc bố trí 3 pít-tông bơm giúp cho dòng nhiên liệu có áp suất cao được tạo ra liên tục, ổn định

Việc sử dụng cơ cấu cam để vận hành các pít-tông rất đa dạng, sử dụng nhiều cách khác nhau Ngoài cách sử dụng cam có vấu cam bên ngoài còn có cách sử dụng cam bên trong.

ỐNG PHÂN PHỐI

1

1 Cảm biến áp suất nhiên liệu

2 Các đường phân phối đến từng kim phun

3 Đường nhiên liệu từ bơm cao áp đến

4 Van giới hạn áp suất

Nhiên liệu có áp suất cao từ bơm cao áp được dẫn tới ống phân phối thông qua đường ống cao áp Ống phân phối sẽ giữ nhiên liệu có áp suất cao đó một cách ổn

định để phân phối đến các kim phun bằng các đường ống riêng biệt

Ưu điểm lớn khi sử dụng ống phân phối là nó có đảm bảo áp suất của nhiên liệu khi phân phối đến các kim phun là bằng nhau

3 Đường dầu về

4 Lỗ tiết lưu

5 Buồng điều khiển

Loại DRV ( điều khiển xả)

VAN ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT NHIÊN LIỆU

Thông tin áp suất nhiên liệu trong ống phân phối được ghi nhận bởi cảm biến áp suất nhiên liệu Thông tin này sẽ gởi đến ECU, ECU xác định tình trạng áp suất trong ống phân phối để tính toán và gởi tín hiệu đến vận hành van điều áp để điều hòa lại áp suất nhiên liệu nằm trong giới hạn

Khi cuộn dây của van điều áp chưa có tín hiệu điện từ ECU gởi đến, lò xo ép đĩa cảm ứng, đĩa cảm ứng dịch chuyển sang trái ép van bi đóng lỗ thông giữa buồng chứa nhiên liệu có áp suất cao và đường hồi nhiên liệu về thùng chứa lại Lúc này áp suất trong bơm không có sự điều chỉnh

Khi có tín hiệu điện từ ECU gởi đến cuộn dây của van điều áp, cuộn dây sinh lực từ hút mạnh đĩa cảm ứng thắng lực đẩy của lò xo, đĩa cảm ứng dịch chuyển sang phải, van bi bị đẩy theo sang phải mở lỗ thông giữa đường áp cao và đường hồi nhiên liệu Nhiên liệu cao áp được hồi về thùng chứa do đó áp suất nhiên liệu được giảm xuống Như vậy áp suất

nhiên liệu đã được điều chỉnh

VAN GIỚI HẠN ÁP SUẤT NHIÊN LIỆU

1 Bệ giữ lò xo

Hoạt động của van giới hạn áp suất

Nhằm mục đích đảm bảo tính an toàn cho hệ thống Common-rail lúc van điều khiển áp suất nhiên liệu hoạt động không tốt hoặc hư hỏng

Van giới hạn áp suất được lắp ở một đầu của ống phân phối có tác dụng tự động xả nhiên liệu có áp suất cao về thùng chứa khi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối tăng cao vượt giới hạn cho phép Nhờ vậy áp suất nhiên liệu trong ống phân phối được giới hạn ở một mức ổn định, tránh được sự hỏng hóc của một số bộ phận do áp suất nhiên liệu quá cao gây ra

2 Vỏ

3 Giắc nối

Cảm biến áp suất nhiên liệu được gắn trên

ống phân phối để ghi nhận tình trạng áp suất

nhiên liệu trong ống phân phối, gởi thông tin

về tình trạng áp suất nhiên liệu trong ống

phân phối về ECU bằng tín hiệu điện để ECU

vận hành van điều khiển áp suất nhằm làm

cho áp suất nhiên liệu trong ống phân phối

nằm trong giới hạn

CẢM BIẾN ÁP SUẤT KHÍ NẠP

Cảm biến áp suất khí nạp được lắp trên đường ống nạp để ghi nhận áp suất của không khí nạp

3 điện trở.1 Nhiệt

2 Vỏ.

3 Giắc nối.

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ghi nhận nhiệt

độ của nước làm mát (nhiệt độ của động cơ),

gởi thông tin nhiệt độ nước làm mát về ECU

bằng tín hiệu điện Dựa trên thông tin tín hiệu

này kết hợp với các tín hiệu khác ECU tính toán

và điều khiển phun nhiên liệu phù hợp với các

chế độ hoạt động của động cơ

Cảm biến nhiệt độ khí nạp được gắn trên đường

nạp, cảm biến này dùng để ghi nhận nhiệt độ

của không khí nạp đi vào đường ống nạp

Những thông tin về nhiệt độ khí nạp này được gởi tới ECU bằng tín hiệu điện ECU dựa trên giá trị của tín hiệu đó, kết hợp với một số tín hiệu khác tính toán và điều khiển phun nhiên liệu cho phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ

1 Nhiệt điện trở.

2 Vỏ.

3 Giắc nối.

Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu ghi nhận nhiệt độ

của nhiên liệu tại các chế độ hoạt động của động

cơ

Thông tin về nhiệt độ của nhiên liệu sẽ được gởi đến ECU bằng tín hiệu điện ECU sẽ dựa vào giá trị của tín hiệu đó để tính toán điều khiển phun nhiên liệu cho phù hợp với chế độ đang hoạt động của động cơ

CẢM BIẾN LƯU LƯỢNG KHÍ NẠP

1 Cảm biến nhiệt độ khí nạp.

2 Dây nhiệt

Cảm biến lưu lượng khí nạp được đặt trên đường ống

nạp để đo lưu lượng khí nạp đi qua đường ống nạp

Cảm biến dùng một hệ thống dây nhiệt để đo trực

tiếp lượng khí nạp Ngoài ra còn có một cảm biến nhiệt

độ khí nạp gắn kèm để ghi nhận nhiệt độ khí nạp

Bàn đạp ga

Chế độ tải của động cơ được thể hiện qua vị trí của bàn đạp chân

ga Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga ghi nhận bàn đạp chân ga

đang ở vị trí nào ngay sau đó gởi thông tin về ECU Từ những giá

trị tín hiệu nhận được từ cảm biến vị trí bàn đạp chân ga gởi về,

kết hợp với các tín hiệu khác ECU sẽ tính toán để điều khiển

phun nhiên liệu cho hợp lý

CẢM BIẾN VỊ TRÍ TRỤC KHUỶU

Cảm biến vị trí trục khuỷu ghi nhận vị

trí góc quay của trục khuỷu đồng thời ghi

nhận tốc độ của trục khuỷu Việc xác

nhận vị trí của trục khuỷu cũng chính là

xác định vị trí của các pít-tông của từng xi

lanh Thông tin ghi nhận được gửi tới ECU

bằng tín hiệu điện áp ECU dựa vào thông

tin đó và kết hợp với các tín hiệu khác để

điều khiển thời điểm phun nhiên liệu hợp

lý

Cảm biến vị trí trục khuỷu thường

được đặt trên bánh đà hoặc đầu ra của

trục khuỷu

1 Nam châm vĩnh cửu

ECU

ECU là trung tâm điều khiển của hệ thống Common-rail ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến và các bộ phận khác, tổng hợp các giá trị của các tín hiệu nhận được đó để tính toán sau đó gởi tín hiệu đến điều khiển các bộ phận chấp hành

ECU có chức năng kiểm tra chẩn đoán hệ thống Common-rail Khi hệ thống có sự trục trặc ở một số bộ phận thì ECU có thể kiểm tra và phát hiện ra vị trí hư hỏng để ghi vào bộ nhớ Khi có sự trục trặc trong hệ thống thì ECU điều khiển đèn báo lỗi động cơ hoạt động không bình thường ECU còn là cầu nối để vận hành các bộ phận chấp hành khi sử dụng thiết bị kiểm tra chẩn đoán Thông qua ECU thiết bị kiểm tra chẩn đoán sẽ ghi nhận các thông tin của các bộ phận bằng việc dùng bộ điều khiển để vận hành các bộ phận chấp hành, hoặc ghi nhận từ những dữ liệu có ghi trong bộ nhớ của ECU

EDU

EDU có công dụng nhận tín hiệu điều khiển phun từ ECU để khuyếch đại tín hiệu (nâng cao điện áp) đó gởi đến vận hành kim phun, bởi vì tín hiệu điện áp từ ECU gởi tới điều khiển kim phun thấp không đủ để vận hành kim phun (nhấc kim)

ECU

Áp suất nhiên liệu cần thiết

Áp suất nhiên liệu cần thiết

Lượng phun

Lượng phun thực tế

Lượng phun thực tế

Tốc độ động cơ

Tốc độ động cơ

So sánh

ECU nhận biết được áp suất nhiên liệu hiện hành dựa vào tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiên liệu gắn trên ống phân phối ECU tính áp suất phun nhiên liệu dựa vào lượng phun thực tế và tốc độ động cơ quyết định ECU gởi tín hiệu đến vận hành van DRV để điều chỉnh áp suất nhiên liệu

28

HEÄ THOÁNG NHIEÂN LIEÄU

1 0

Hệ thống cấp nhiên liệu.

Sơ đồ kết cấu nguyên lý hệ thống nhiên liệu.

1 2

3 4

5

6 8

16

15 14 13

12

11

20 19

18 17

9

7

10

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

Hoạt động của vòi phun

•Sự khởi phun.

•Sự dứt phun.

Đường đặc tính phun của hệ thống common rail

1

(âäü ) 0

0

720 1440 12

(v)

ECU

4 5

8

9

R ECU

(t) 0

(v)

1

2

6 5 4 3

3 2 1

4 5

ECU

Ur

[Mpa] (v)

3 1

0,5 4,5

2

3 4 5 6

VPA2

VPA

EPA2 EPA LL

VL

0 20 40 601

2 3 4 5

Đóng hoàn toàn

VPA2 6

(v)

100 120 Mở hoàn toàn

(độ )

VPA

80

4 3

2 1

5 6

2

1

3 4

5 6

Lõ i từ 6.

Và nh răng

5

Giắ c cắ m 4.

Chấ t cá ch điệ n 3.

Thân cả m biế n 2.

Dây điệ n từ

CẢ M BIẾ N VỊ TRÍ / TỐ C ĐỘ

5 4 3

2 1

CẢ M BIẾ N Á P SUẤ T Ố NG PHÂN PHỐ I

Ren lắ p ghé p

5

Ố ng dẫ n á p suấ t 4.

Phầ á p điệ n 3.

Mà ng so 2.

0 -10 0

CẢ M BIẾ N VỊ TRÍ BÀ N ĐẠ P GA

4 Bộ phận đo điệ n á p

ĐƯ Ờ NG ĐẶ C TÍNH V - 

0 Điệ n á p (V)

Á p suấ t [MN/m ] 2

200 1,0

80

50

59 - 61

39 - 41 25 20

BẢ NG THÔNG SỐ TRÊN ĐỘNG CƠ NISSAN DIESEL MD9M

Điệ n trở [k]

o

Nhiệ t độ [ C]

5

9 10

2

1

14 15 16 17

19 18

11 12 13

18 19

17 16 15 14 13

12

11

22 23

25

27 28 24

26

29 21

20

1

5

3 4 2

415

11 12

14

15 16 17 18 19

6

6 1

3

Vòi phun

9 10

8 7 6 5

4 3

2

1

VÒ I PHUN

5 4 3 2 1

9 8 7 6

Kim phun

Chố t định vị Lò xo miệ ng phun Buồ ng lưu lượ ng

Piston Buồ ng điề u khiể n van Van bi

Lò xo Họ ng cung cấ p

10 Cuộ n dây

Vòi phun.

16 15 14 13 12 11 10 6

+ Hoạt động của vòi phun.

Các thông số kỹ thuật chính của hệ thống nhiên liệu

9 8

7 6

5

12