Bài giảng Hệ thống điều khiển động cơ Bài giảng Hệ thống điều khiển động cơ Mục lục Chương 1 HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 1 1 1 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống đánh lửa 1 1 1 1 Nhiệm vụ 1 1 1 2 Yêu cầu 1.
Bài giảng: Hệ thống điều khiển động Mục lục Chương 1: HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu phân loại hệ thống đánh lửa 1.1.1 Nhiệm vụ 1.1.2 Yêu cầu 1.1.3 Phân loại 1.1.3.1 Phân loại theo phương pháp tích lũy lượng: 1.1.3.2 Phân loại theo phương pháp điều khiển cảm biến: 1.1.3.3 Phân loại theo phân bố điện cao áp: 1.1.3.4 Phân loại theo phương pháp điều khiển góc đánh lửa sớm: 1.1.3.5 Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp: 1.2 Sơ đồ cấu trúc khối sơ đồ mạch 1.2.1 Sơ đồ cấu trúc khối 1.2.2 Sơ đồ mạch điện 1.3 Hệ thống đánh (hệ thống CI-Conventional Ignition) 1.3.1 Sơ đồ cấu tạo phần tử 1.3.1.1 Sơ đồ chung hệ thống CI 1.3.1.2 Cấu tạo phần tử 1.3.2 Nguyên lý làm việc hệ thống đánh lửa 1.3.3 Lý thuyết đánh lửa cho động xăng 1.3.3.1 Các thông số hệ thống đánh lửa 1.3.3.2 Lý thuyết đánh lửa ôtô 11 1.4 Hệ thống đánh lửa bán dẫn 18 1.4.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển 18 1.4.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn khơng có má vít điều khiển 19 1.4.2.1 Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ 19 1.4.2.3 Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall 24 1.4.3 Hệ thống đánh lửa điện dung (CDI – Capacitor Discharged Ignition) 28 Chương 32 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CHO ĐỘNG CƠ ÔTÔ 32 2.1 Giới thiệu chung hệ thống điều khiển lập trình cho động 32 2.1.1 Lịch sử phát triển 33 2.1.2.2 Ưu nhược điểm hệ thống phun xăng: 33 2.3.4 Cảm biến bướm ga (Throttle position sensor) 47 2.3.5 Cảm biến nước làm mát cảm biến nhiệt độ khí nạp 48 2.3.5.1 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (Coolant water temperature sensor) 48 2.3.5.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp (Intake Air Temperature hay Manifold Air Temperature sensor) 50 2.3.6 Cảm biến khí thải (Exhaust gas sensor) hay cảm biến oxy (Oxygen sensor) 51 2.3.6.1 Cảm biến oxy với thành phần Zirconium 51 2.3.6.2 Cảm biến oxy với thành phần Titanium 53 2.3.7 Cảm biến tốc độ xe (Vehicle speed sensor) 54 2.3.8 Cảm biến kích nổ (Knock or Detonation sensor) 55 2.4 Chức ECU 56 2.4.1 Chức chẩn đoán 56 2.4.2.1 Hệ thống đánh lửa lập trình khơng có chia điện 59 2.4.2.2 Hệ thống đánh lửa lập trình khơng có chia điện 59 2.4.2.3 Điều khiển chống kích nổ 64 2.4.3.1 Điều khiển phun xăng 66 2.4.5 Hệ thống điều khiển làm mát động 98 Bài giảng: Hệ thống điều khiển động 2.4.5.1 Giới thiệu chung phân loại 99 2.4.5.2 Motor quạt làm mát 100 2.4.5.3 Điều khiển làm mát độc lập 101 2.4.5.4 Điều khiển quạt làm mát qua hộp điều khiển 104 Chương 3: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DIEZEN 105 3.1 Sơ lược hệ thống 105 3.1.1 Lĩnh vực áp dụng 106 3.1.2 Hoạt động chức 106 3.2 Đặc tính phun 108 3.2.1 Đặc tính phun hệ thống phun dầu kiểu cũ 108 3.2.2 Đặc tính phun hệ thống common rail 109 3.3 Chức chống ô nhiễm 111 3.3.1 Thành phần hỗn hợp tác động đến trình cháy 111 3.3.2 Hệ thống nạp lại khí thải (EGR) 111 3.3.3 Ảnh hưởng việc phun nhiên liệu 111 3.4 Cấu tạo nguyên lý làm việc 112 3.4.1 Tổng quát hệ thống nhiên liệu 112 3.4.2 Vùng áp suất thấp 113 3.4.3 Vùng áp suất cao 114 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 129 Bài giảng: Hệ thống điều khiển động Chương 1: HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu phân loại hệ thống đánh lửa 1.1.1 Nhiệm vụ Hệ thống đánh lửa động có nhiệm vụ biến nguồn điện xoay chiều, chiều có hiệu điện thấp (12 24V) thành xung điện cao (từ 15.000 đến 40.000V) Các xung hiệu điện cao cung cấp đến bougie xylanh thời điểm để tạo tia lửa đốt cháy hịa khí 1.1.2 u cầu Một hệ thống đánh lửa làm việc tốt phải bảo đảm yêu cầu sau: - Hệ thống đánh lửa phải sinh sức điện động thứ cấp đủ lớn để phóng điện qua khe hở bougie tất chế độ làm việc động - Tia tửa bougie phải đủ lượng thời gian phóng để đốt cháy hồn tồn hịa khí - Góc đánh lửa sớm phải chế độ hoạt động động - Các phụ kiện hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt điều kiện nhiệt độ cao độ rung xóc lớn - Sự mài mòn điện cực bougie phải nằm khoảng cho phép 1.1.3 Phân loại Ngày nay, hệ thống đánh lửa cao áp trang bị động ơtơ có nhiều loại khác Dựa vào cấu tạo, hoạt động, phương pháp điều khiển, người ta phân loại hệ thống đánh lửa theo cách phân loại sau: 1.1.3.1 Phân loại theo phương pháp tích lũy lượng: - Hệ thống đánh lửa điện cảm (TI – Transistor Ignition System) - Hệ thống đánh lửa điện dung (CDI – Capacitor Discharged Ignition System) 1.1.3.2 Phân loại theo phương pháp điều khiển cảm biến: - Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa (breaker) - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ (Electromagnetic Sensor) gồm loại: loại nam châm đứng yên loại nam châm quay - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến biến Hall - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến biến quang - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến từ trở … - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến cộng hưởng 1.1.3.3 Phân loại theo phân bố điện cao áp: - Hệ thống đánh lửa có chia điện – delco (Distributor Ignition System) - Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay khơng có delco (Distributorless Ignition System) Bài giảng: Hệ thống điều khiển động 1.1.3.4 Phân loại theo phương pháp điều khiển góc đánh lửa sớm: - Hệ thống đánh lửa với cấu điều khiển góc đánh lửa sớm khí (Mechanical Spark – Advance) - Hệ thống đánh lửa với điều khiển góc đánh lửa sớm điện tử (ESA – Electronic Spark Advance) 1.1.3.5 Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp: - Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa (Conventional ignition system) - Hệ thống đánh lửa sử dụng Transistor (Transistor ignition system) - Hệ thống đánh lửa sử dụng Thyristor (CDI) 1.2 Sơ đồ cấu trúc khối sơ đồ mạch 1.2.1 Sơ đồ cấu trúc khối Điện trở phụ Bobine Bộ chia điện Cơng tắc Bougie Accu Bộ tạo xung đánh lửa Igniter Hình 1-2.1: Sơ đồ cấu trúc chung hệ thống đánh lửa 1.2.2 Sơ đồ mạch điện Hình 1-2.2: Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa bán dẫn Bài giảng: Hệ thống điều khiển động 1.3 Hệ thống đánh (hệ thống CI-Conventional Ignition) 1.3.1 Sơ đồ cấu tạo phần tử 1.3.1.1 Sơ đồ chung hệ thống CI Các chi tiết chủ yếu hệ thống đánh lửa biến áp đánh lửa (bobine), điện trở phụ, chia điện, bougie đánh lửa, khoá điện nguồn điện chiều (accu máy phát) Sơ đồ hệ thống đánh lửa trình bày hình đây: Hình 1-3.1 : Sơ đồ hệ thống đánh lửa CI 1.3.1.2 Cấu tạo phần tử d Bougie nóng bougie lạnh Nhiệt độ tối ưu điện cực trung tâm bougie tia lửa bắt đầu xuất thường khoảng 850oC nhiệt độ này, chất bám vào điện cực bougie muội than tự bốc cháy (Nhiệt độ tự làm sạch) Nếu nhiệt độ thấp (< 500oC), muội than tích tụ bougie làm chập điện cực, dễ gây lửa khởi động động vào buổi sáng dư xăng Nhiệt độ cao (> 1000oC) dẫn đến cháy sớm (chưa đánh lửa mà hoà khí bốc cháy) làm hư piston Điều giải thích số xe đời cũ, ta tắt cơng tắc máy (tức bougie khơng cịn đánh lửa) mà động nổ Để giữ nhiệt độ tối ưu điện cực trung tâm bougie, người ta thiết kế chiều dài phần sứ cách điện điện cực khác dựa vào điều kiện làm việc động cơ, vậy, bougie chia làm loại: nóng lạnh Nếu động làm việc thường xuyên chế độ tải lớn tốc độ cao dẫn tới nhiệt độ buồng đốt cao, nên sử dụng bougie lạnh, với phần sứ ngắn (xem hình) để tải nhiệt nhanh Ngược lại, thường chạy xe tốc độ thấp chở người, bạn sử dụng bougie nóng với phần sứ dài Trong trường hợp chọn sai bougie (bougie mau hư) ví dụ, dùng bougie nóng thay vào động sử dụng bougie lạnh, thấy máy yếu tình trạng cháy sớm chạy tốc độ cao (Điểm lưu ý dành cho Bài giảng: Hệ thống điều khiển động tay đua xe!) Trong trường hợp ngược lại, bougie bám đầy muội than xe thường xuyên chạy tốc độ thấp, dễ gây “mất lửa) Ta phân biệt bougie nóng bougie lạnh qua số nhiệt bougie Chỉ số (được ghi bougie) thấp bougie “nóng” ngược lại Loại nóng Loại lạnh Hình 1-3.2 Bougi nóng lạnh e Cách đọc thông số bougie Do ký hiệu loại bougie khác nhau, khn khổ giáo trình này, giới thiệu cách đọc dòng chữ ghi bougie NGK (Nhật) loại phổ biến nước ta B P R E S - 11 Chữ cho ta biết đường kính ren lục giác: Chữ Đường kính ren Lục giác A 18mm 25.4mm B 14mm 20.8mm C 10mm 16.0mm D 12mm 18mm Chữ thứ hai đặc điểm cấu tạo chủ yếu liên quan đến hình dạng điện cực trung tâm Chữ thứ ba có khơng: Nếu có chữ R, bên bougie có đặt điện trở chống nhiễu Chữ thứ tư quan trọng cho ta biết số nhiệt bougie Đối với bougie NGK, Chỉ số thay đổi từ (nóng nhất) đến 12 (lạnh nhất) Xe đua thường sử dụng bougie có số nhiệt từ trở lên Bài giảng: Hệ thống điều khiển động Chữ thứ năm ký hiệu chiều dài phần ren: Ký hiệu Chiều dài phần ren 12.0mm đường kính ren 18mm Khơng có chữ 9.5mm đường kính ren 14mm L 11.2mm H 12.7mm E 19.0mm A-F : 10.9mm F (loại ren côn) B-F: 11.2mm BM-F: 7.8mm BE-F: 17.5mm Chữ thứ sáu đặc điểm chế tạo: S-loại thường; A C- loại đặc biệt; G, GP GV- dùng cho xe đua có điện cực làm kim loại hiếm; P- có điện cực Platin Chữ thứ bảy ký hiệu khe hở bougie: Số Khe hở 0.9mm 11 1.1mm 13 1.3mm 15 1.5mm g Siết bougie ĐÚNG SAI SAI Bài giảng: Hệ thống điều khiển động Hình 1-3.3 Siết Bougi sai h Trị số lực siết Loại bougie Đường kính ren Nắp máy gang Nắp máy nhơm 18mm 35÷45N.m 35÷40N.m 14mm 25÷35N.m 25÷30N.m Loại thường (có 12mm vịng đệm) 15÷25N.m 15÷20N.m 10mm 10÷15N.m 10÷12N.m 8mm 8÷10N.m 8÷10N.m 20÷30N.m 20÷30N.m 15÷25N.m 10÷20N.m Loại (khơng 18mm vịng đệm) 14mm Sau siết trị số theo bảng trên, bougie loại thường, nên quay cần siết thêm góc 180o bougie sử dụng lần đầu 45o bougie sử dụng lại Trong trường hợp bougie cơn, góc quay thêm 22.5o 1.3.2 Ngun lý làm việc hệ thống đánh lửa Cam chia điện quay nhờ truyền động từ trục cam động làm nhiệm vụ mở tiếp điểm KK’, có nghĩa ngắt dịng điện sơ cấp biến áp đánh lửa Khi từ trường dòng điện sơ cấp gây nên đột ngột, làm cảm ứng sức điện động cao cuộn thứ cấp W2 Điện qua quay chia điện dây cao áp đến bougie đánh lửa theo thứ tự nổ động Khi điện thứ cấp đạt giá trị đủ để đánh lửa hai điện cực bougie đánh lửa xuất tia lửa điện cao để đốt cháy hỗn hợp nổ xylanh Bài giảng: Hệ thống điều khiển động W2 W1 Kkđ Rf C1 Kđiện KK’ + Accu Hình 1-3.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa thường Cũng vào lúc tiếp điểm KK’ chớm mở, cuộn dây sơ cấp W1 sinh sức điện động tự cảm Sức điện động nạp vào tụ C1 nên dập tắt tia lửa vít Khi vít mở hẳn, tụ điện xả qua cuộn dây sơ cấp bobine Dòng phóng tụ ngược chiều với dịng tự cảm khiến từ thông bị triệt tiêu đột ngột Như vậy, tụ C1 cịn đóng vai trị gia tăng tốc độ biến thiên từ thông tức nâng cao hiệu điện cuộn thứ cấp Hệ thống đánh lửa bán dẫn Khác với hệ thống đánh lửa có vít, cấu tạo hệ thống đánh lửa bán dẫn loại dùng cảm biến điện từ trình bày hình 1.3.5 Trong sơ đồ này, cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên (pick-up coil) đựơc lắp chia điện Cảm biến điều khiển trạng thái đóng mở transistor công suất qua mạch khuyếch đại IC đánh lửa (igniter) Hình 1-3.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn 1.3.3 Lý thuyết đánh lửa cho động xăng Bài giảng: Hệ thống điều khiển động 1.3.3.1 Các thông số hệ thống đánh lửa a/ Hiệu điện thứ cấp cực đại U2m Hiệu điện thứ cấp cực đại hiệu điện đo hai đầu cuộn dây thứ cấp tách dây cao áp khỏi bougie b/ Hiệu điện đánh lửa Uđl Hiệu điện thứ cấp mà q trình đánh lửa xảy ra, gọi hiệu điện đánh lửa Hiệu điện đánh lửa hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tuân theo định luật Pashen P. T U đt K Trong đó: P: Áp suất buồng đốt thời điểm đánh lửa : Khe hở bougie T: Nhiệt độ điện cực trung tâm bougie thời điểm đánh lửa K: Hằng số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hòa khí c/ Hệ số dự trữ Kdt Hệ số dự trữ tỷ số hiệu điện thứ cấp cực đại hiệu điện đánh lửa: K dt U 2m U ñl Đối với hệ thống đánh lửa thường, U2m thấp nên Kdt thường nhỏ 1,5 Trên động xăng đại với hệ thống đánh lửa điện tử, hệ số dự trữ có giá trị cao (Kdt = 1,5 2,0), đáp ứng việc tăng tỷ số nén, tăng số vòng quay tăng khe hở bougie d/ Năng lượng cần thiết để đánh lửa Wdt Là lượng tích lũy dạng từ trường cuộn dây sơ cấp bobine Tùy theo loại động cơ, tia lửa điện có đủ lượng để đốt cháy hồn tồn hịa khí, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo lượng để đánh lửa sơ cấp bobine giá trị xác định: Wdt L1 I ng 2 50 150 mJ Trong đó: Wdt: Năng lượng dự trữ sơ cấp L1 : Độ tự cảm sơ cấp bobine Ing: Cường độ dòng điện sơ cấp thời điểm transistor công suất ngắt Bài giảng: Hệ thống điều khiển động Bơm cao áp; Van cắt nhiên liệu; Van điều khiển áp suất;4 Đường nhiên liệu áp suất cao; Ống trữ nhiên liệu áp suất cao; Cảm biến áp suất ống; Van giới hạn áp suất; Lỗ tyết lưu; Kim phun; 10 ECU Hình 3-6: Vùng áp suất cao a Bơm cao áp Bơm cao áp tạo áp lực cho nhiên liệu đến áp suất lên đến 1350 bar Nhiên liệu tăng áp sau di chuyển đến đường ống áp suất cao đưa vào tích nhiên liệu áp suất cao có hình ống Bơm cao áp lắp đặt tốt động hệ thống nhiên liệu bơm phân phối loại cũ Nó dẫn động động (tốc độ quay ½ tốc độ động cơ, tối đa 3000 vịng/phút) thơng qua khớp nối (coupling), bánh xích, xích hay dây đai có bơi trơn nhiên liệu bơm Tùy thuộc vào khơng gian sẵn có, van điều khiển áp suất lắp trực tiếp bơm hay lắp xa bơm Bên bơm cao áp (hình 7), nhiên liệu đựơc nén piston bơm bố trí hướng kính piston cách 120o Do piston bơm hoạt động luân phiên vòng quay nên làm tăng nhẹ lực cản bơm Do đó, ứng suất hệ 115 Bài giảng: Hệ thống điều khiển động thống dẫn động giữ đồng Điều có nghĩa hệ thống Common Rail đặt tải trọng lên hệ thống truyền động so với hệ thống cũ Công suất yêu cầu để dẫn động bơm nhỏ tỉ lệ với áp suất ống phân phối tốc độ bơm Đối với động thể tích lít quay tốc độ cao, áp suất ống phân phối đạt khoảng 1350 bar, bơm cao áp tiêu thụ 3.8kW Hình 3-7 Bơm cao áp Trục dẫn động Đĩa cam lệch tâm Thành phần bơm với piston bơm Buồng chưá thành phần bơm Van hút Van ngắt Van xả Tấm nêm Nhiên liệu áp suất cao đến ống trữ 10 Van điều khiển áp suất cao 11 Van bi 12 Đường dầu 13.Đường nhiên liệu từ bơm tiếp vận 14 Van an toàn 15 Đường nhiên liệu áp suất thấp đưa đến bơm 116 Bài giảng: Hệ thống điều khiển động Trục dẫn động Đĩa cam lệch tâm Piston bơm Van hút Van Cửa vào Hình 3-8 Bơm cao áp Thơng qua lọc có cấu tách nước, bơm tiếp vận cung cấp nhiên liệu từ bình chứa đến đường dầu vào bơm cao áp van an tồn Nó đẩy nhiên liệu qua lỗ khoan van an tồn vào mạch dầu bơi trơn làm mát bơm cao áp Trục bơm cao áp có cam lệch tâm làm di chuyển piston bơm lên xuống tuỳ theo hình dạng mấu cam Ngay áp suất phân phối vượt mức van an toàn xả bớt áp suất (0.5-1,5 bar), bơm tiếp vận đẩy nhiên liệu đến bơm cao áp thông qua van hút vào buồng bơm, nơi mà piston chuyển động hướng xuống Van nạp đóng lại piston ngang qua tử điểm hạ từ cho phép nhiên liệu buồng bơm ngồi với áp suất phân phối Áp suất tăng lên cao mở van thoát áp suất ống phân phối đủ lớn Nhiên liệu nén vào mạch dầu áp suất cao Piston bơm tiếp tục phân phối nhiên liệu đến tử điểm thượng, sau đó, áp suất bị giảm xuống nên van đóng lại Nhiên liệu cịn lại nằm buồng bơm chờ đến piston xuống lần Khi áp suất buồng bơm thành phần bơm giảm xuống van nạp mở trình lặp lại lần Do bơm cao áp thiết kế để phân phối lượng nhiên liệu lớn nên lượng nhiên liệu có áp suất cao thừa giai đoạn chạy cầm chừng tải trung bình Lượng nhiên liệu thừa đưa trở thùng chứa thông qua van điều khiển áp suất Nhiên liệu bị nén nằm thùng gây tổn thất lượng Hơn lượng nhiệt tăng lên nhiên liệu làm giảm hiệu chung Ở mức độ tổn thất bù cách ngắt bớt hai xylanh bơm Khi xylanh bơm bị loại dẫn đến việc giảm lượng nhiên liệu bơm đến ống phân phối Việc ngắt bỏ thực cách giữ cho van hút trạng thái mở liên tục 117 Bài giảng: Hệ thống điều khiển động Khi van solenoid dùng để ngắt thành phần bơm kích hoạt, chốt gắn với phần ứng giữ van hút mở Kết nhiên liệu hút vào xylanh bơm bị nén nên bị đẩy trở lại mạch áp suất thấp Với xylanh bơm bị loại bỏ không cần cơng suất cao bơm cao áp khơng cịn cung cấp nhiên liệu liên tục mà cung cấp gián đoạn Bơm cao áp phân phối lượng nhiên liệu tỉ lệ với tốc độ quay Và đó, hàm tốc độ động Trong suốt q trình phun, tỷ số truyền tính cho mặt lượng nhiên liệu mà cung cấp không lớn, mặt khác, yêu cầu nhiên liệu đáp ứng suốt chế độ hoạt động Tùy theo tốc độ trục khuỷu mà tỉ số truyền hợp lý 1:2 1:3 b Van điều khiển áp suất (pressure control valve) Van điều khiển áp suất giữ cho nhiên liệu ống phân phối có áp suất thích hợp tùy theo tải động cơ, trì mức Nếu áp suất ống cao van điều khiển áp suất mở phần nhiên liệu trở bình chứa thơng qua đường ống dầu Nếu áp suất ống thấp van điều khiển áp suất đóng lại ngăn khu vực áp suất cao (high pressure stage) với khu vực áp suất thấp (low pressure stage) Van bi Lõi Nam châm điện Lò xo Mạch điện Hình 3-9: Cấu tạo van điều áp Van điều khiển áp suất gá lên bơm cao áp hay ống phân phối Để ngăn cách khu vực áp suất cao với khu vực áp suất thấp, lõi thép đẩy van bi vào vị trí đóng kín Có lực tác dụng lên lõi thép: lực đẩy xuống lị xo lực điện từ Nhằm bơi trơn giải nhiệt, lõi thép nhiên liệu bao quanh Van điều khiển áp suất điều khiển theo vòng: Vòng điều khiển đáp ứng chậm điện dùng để điều chỉnh áp suất trung bình ống Vòng điều khiển đáp ứng nhanh dùng để bù cho dao động lớn áp suất 118 Bài giảng: Hệ thống điều khiển động Khi van điều khiển áp suất chưa cung cấp điện, áp suất cao ống hay đầu bơm cao áp đặt lên van điều khiển áp suất áp suất cao Khi chưa có lực điện từ, lực nhiên liệu áp suất cao tác dụng lên lị xo làm cho van mở trì độ mở tuỳ thuộc vào lượng nhiên liệu phân phối Lò xo thiết kế để chịu áp suất khoảng 100 bar Khi van điều khiển áp suất cấp điện: Nếu áp suất mạch áp suất cao tăng lên, lực điện từ tạo để cộng thêm vào lực lị xo Khi van đóng lại giữ trạng thái đóng lực áp suất dầu phía cân với lực lị xo lực điện từ phía cịn lại Sau đó, van trạng thái mở trì áp suất không đổi Khi bơm thay đổi lượng nhiên liệu phân phối hay nhiên liệu bị mạch áp suất cao bù lại cách điều chỉnh van đến độ mở khác Lực điện từ tỷ lệ với dịng điện cung cấp trung bình điều chỉnh cách thay đổi độ rộng xung (pulse-width-modulation pulse) Tần số xung điện khoảng kHz đủ để ngăn chuyển động ý muốn lõi thép thay đổi áp suất ống c Ống trữ nhiên liệu áp suất cao (ống phân phối) Ngay kim phun lấy nhiên liệu từ ống phân phối để phun áp suất nhiên liệu ống phải không đổi Điều thực nhờ vào co giãn nhiên liệu Áp suất nhiên liệu đo cảm biến áp suất ống phân phối trì van điều khiển áp suất nhằm giới hạn áp suất tối đa 1500 bar Ống trữ; Đường dầu vào từ bơm cao áp; Cảm biến áp suất ống trữ; Van giới hạn áp suất; Đường dầu về; Lỗ tuyết lưu; kim Đường dầu đến Hình 3-10: Cấu tạo ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (ống phân phối) hình dùng để chứa nhiên liệu có áp suất cao Đồng thời, dao động áp suất bơm cao áp tạo giảm chấn (damped) thể tích ống Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao dùng chung cho tất xylanh Do đó, tên “đường ống chung” (“common rail”) Ngay lượng nhiên liệu bị phun, ống trì áp suất thực tế bên không đổi Điều bảo đảm cho áp suất phun kim không đổi từ kim mở 119 Bài giảng: Hệ thống điều khiển động Để thích hợp với điều kiện lắp đặt khác động cơ, ống phải thiết kế với nhiều kiểu để phù hợp với hạn chế dòng chảy dự phòng chỗ để gắn cảm biến, van điều khiển áp suất, van hạn chế áp suất Thể tích bên ống thường xuyên điền đầy nhiên liệu có áp suất Khả nén nhiên liệu áp suất cao tận dụng để tạo hiệu tích trữ Khi nhiên liệu rời khỏi ống để phun áp suất thực tế tích trữ nhiên liệu áp suất cao trì khơng đổi Sự thay đổi áp suất bơm cao áp thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp để bù vào phần nhiên liệu vừa phun d Kim phun (injectors) Thời điểm phun lượng nhiên liệu phun điều chỉnh cách cho dòng điện qua kim phun Các kim phun thay kim phun khí Tương tự kim phun khí động diesel phun nhiên liệu trực tiếp, kẹp thường sử dụng để lắp kim vào nắp máy Kim phun chia làm phần theo chức sau: Lỗ kim phun Hệ thống dẫn dầu phụ Van điện Theo hình 10, nhiên liệu từ đường dầu đến kim theo đường ống dẫn đến buồng điều khiển thông qua lỗnạp Buồng điều khiển nối với đường dầu thông qua lỗ xả mở van solenoid Khi lỗ đóng, áp lực dầu đặt lên piston cao áp lực dầu thân ty kim 11 Kết kim bị đẩy xuống làm kín lỗ phun với buồng đốt Khi van solenoid có dịng điện, lỗ xả mở Điều làm cho áp suất buồng điều khiển giảm xuống, kết áp lực tác dụng lên piston giảm theo Khi áp lực dầu piston giảm xuống thấp áp lực tác dụng lên ty kim, ty kim mở nhiên liệu phun vào buồng đốt qua lỗ phun Kiểu điều khiển ty kim gián tiếp dùng hệ thống khuyếch đại thuỷ lực lực cần thiết để mở kim thật nhanh trực tiếp tạo nhờ van solenoid Thời điểm phun lượng nhiên liệu phun điều chỉnh thơng qua dịng qua kim phun Tương tự kim phun kiểu cũ động phun nhiên liệu trực tiếp, kẹp ưu tiên sử dụng để lắp kim vào nắp máy Kim phun chia làm phần theo chức sau: Lỗ kim phun Hệ thống trợ lực dầu (the hydraulic servo-system) Van điện Hoạt động kim phun chia làm giai đoạn động làm việc bơm cao áp tạo áp suất cao: Kim phun đóng (khi có áp lực dầu tác dụng) Kim phun mở (bắt đầu phun) 120 Bài giảng: Hệ thống điều khiển động Kim phun mở hoàn toàn Kim phun đóng (kết thúc phun) Các giai đoạn hoạt động kết phân phối lực tác dụng lên thành phần kim phun Khi động dừng lại khơng có áp suất ống phân phối, lị xo kim đóng kim phun Kim phun đóng (ở trạng thái nghỉ) Ở trạng thái nghỉ, van solenoid chưa cung cấp điện kim phun đóng Khi lỗ xả đóng, lị xo đẩy van bi đóng lại Áp suất cao ống tăng lên buồng điều khiển buồng thể tích ty kim có áp suất tương tự Áp suất ống đặt vào phần đỉnh piston, với lực lò xo ngược chiều với lực mở kim giữ ty kim vị trí đóng Kim phun mở (bắt đầu phun) Van solenoid cung cấp điện với dịng kích lớn để bảo đảm mở nhanh Lực tác dụng van solenoid lớn lực lò xo lỗ xả làm mở lỗ xả Gần tức thời, dòng điện cao giảm xuống thành dòng nhỏ đủ để tạo lực điện từ để giữ ty Điều thực nhờ khe hở mạch từ nhỏ Khi lỗ xả mở ra, nhiên liệu chảy vào buồng điều khiển van vào khoang bên từ trở bình chứa thông qua đường dầu Lỗ xả làm cân áp suất nên áp suất buồng điều khiển van giảm xuống Điều dẫn đến áp suất buồng điều khiển van thấp áp suất buồng chứa ty kim (vẫn với áp suất ống) Áp suất giảm buồng điều khiển van làm giảm lực tác dụng lên piston điều khiển nên ty kim mở nhiên liệu bắt đầu phun 121 Bài giảng: Hệ thống điều khiển động a Khi kim đóng b Khi kim nhấc Đường dầu Mạch điện Van điện Đường dầu vào (dầu có áp suất cao) từ ống trữ Van bi Van xả Ống cấp dầu Van điều khiển buồng Van điều khiển piston 10 Lỗ cấp dầu cho đầu kim 11 11 Đầu kim Hình 3-11: Cấu tạo kim phun Tốc độ mở ty kim định khác biệt tốc độ dòng chảy lỗ nạp lỗ xả Piston điều khiển tiến đến vị trí dừng phía nơi mà cịn chịu tác dụng đệm dầu tạo dòng chảy nhiên liệu lỗ nạp lỗ xả Kim phun mở hoàn toàn, nhiên liệu phun vào buồng đốt áp suất gần với áp suất ống Lực phân phối kim tương tự với giai đoạn mở kim 122 Bài giảng: Hệ thống điều khiển động Kim phun đóng (kết thúc phun) Khi dòng qua van solenoid bị ngắt, lò xo đẩy van bi xuống van bi đóng lỗ xả lại Lỗ xả đóng làm cho áp suất buồng điều khiển van tăng lên thông qua lỗ nạp Áp suất tương đương với áp suất ống làm tăng lực tác dụng lên đỉnh piston điều khiển Lực với lực lò xo cao lực tác dụng buồng chứa ty kim đóng lại Tốc độ đóng ty kim phụ thuộc vào dòng chảy nhiên liệu qua lỗ nạp Đầu kim phun Ty kim mở van solenoid kích hoạt để nhiên liệu chảy qua Chúng phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng cháy Lượng nhiên liệu dư cần để mở ty kim đưa trở lại bình chứa thơng qua đường ống dầu Nhiên liệu hồi từ van điều áp từ vùng áp suất thấp đựơc dẫn theo đường dầu với nhiên liệu dùng để bôi trơn cho bơm cao áp Thiết kế đầu phun định bởi: Việc kiểm soát nhiên liệu phun (thời điểm lượng nhiên liệu phun theo góc độ trục cam) Việc điều khiển nhiên liệu (số lỗ tia, hình dạng nhiên liệu phun tán nhuyễn nhiên liệu, phân phối nhiên liệu buồng cháy, mức độ làm kín buồng cháy) Đầu phun loại P có đường kính mm dùng động phun nhiên liệu trực tiếp common rail Những đầu phun gồm loại: đầu phun lỗ tia hở đầu phun lỗ tia kín Lỗ tia phun định vị dựa vào hình nón phun Số lượng lỗ tia đường kính chúng dựa vào: Lượng nhiên liệu phun Hình dạng buồng cháy Sự xoáy lốc buồng cháy Đối với hai loại lỗ tia hở lỗ tia kín phần cạnh lỗ tia gia cơng phương pháp ăn mịn hydro nhằm mục đích ngăn ngừa mài mòn sớm cạnh lỗ tia gây phần tử mài mòn giảm sai lệch dung lượng phun Để làm giảm lượng hydrocacbon thải ra, thể tích nhiên liệu điền đầy đầu ty kim cần thiết phải giữ mức nhỏ Việc thực tốt với loại đầu phun lỗ tia kín Lỗ tia loại xếp quanh lỗ bao Trong trường hợp đỉnh đầu phun hình trịn, hay tuỳ thuộc vào thiết kế, lỗ tia khoan khí máy phóng điện (EDM - electrical-discharge machinin) Lỗ tia với đỉnh đầu phun hình nón ln khoan phương pháp EDM 123 Bài giảng: Hệ thống điều khiển động Đầu phun lỗ tia hở dùng với loại lỗ bao với kích thước khác lỗ bao hình trụ lỗ bao hình nón Đầu phun lỗ tia hở với lỗ bao hình trụ đầu trịn Với hình dạng lỗ bao bao gồm hình ống phần hình bán cầu cho phép dễ dàng thiết kế với điều kiện: số lượng lỗ chiều dài lỗ tia góc phun Đỉnh đầu phun hình bán cầu kết hợp với hình dạng lỗ bao giúp lỗ tia có chiều dài giống Đầu phun lỗ tia hở với lỗ bao hình trụ đỉnh đầu phun hình nón Loại dùng riêng biệt với lỗ tia có chiều dài 0.6 mm Đỉnh đầu phun có hình nón cho phép tăng độ dày thành đầu phun Kết tăng độ cứng đỉnh kim phun Đầu ghim áp suất Bề mặt chịu áp lục Đường dầu vào Mặt Tín dụng kim Đầu kim Thân kim Đế kim Buồng áp suất 10 Trục định hướng 11 Vành kim 12 Lỗ định vị 13 Dấu bề mặt 14 Bề mặt công tắc áp suất 124 Bài giảng: Hệ thống điều khiển động Hình 12: Cấu tạo đầu kim lỗ tia hở Đầu phun lỗ tia hở với lỗ bao hình nón đỉnh hình nón Trong loại này, có hình nón nên tích lỗ bao nhỏ đầu phun có lỗ bao hình trụ Loại trung gian đầu phun lỗ tia kín đầu phun lỗ tia hở có lỗ bao hình trụ Để có bề dày đồng đỉnh kim phải có hình nón phù hợp với hình dạng lỗ bao Đầu phun lỗ tia kín Để làm giảm thể tích có hại lỗ bao để làm giảm lượng HC thải ra, lỗ tia nằm phần côn với lỗ phun kín, bao quanh ty kim Điều có nghĩa khơng có kết nối trực tiếp lỗ bao buồng cháy Thể tích có hại nhỏ nhiều so với loại đầu phun lỗ tia hở So với đầu phun lỗ tia hở, loại có giới hạn tải trọng thấp nhiều sản xuất loại P với lỗ tia dài mm Để đạt độ cứng cao, đỉnh kim có hình nón Lỗ tia ln tạo phương pháp gia cơng máy phóng điện EDM e Đường ống dẫn nhiên liệu áp suất cao Những đường ống nhiên liệu mang nhiên liệu áp suất cao Do đó, chúng phải thường xuyên chịu áp suất áp suất cực đại hệ thống suốt trình ngưng phun Vì vậy, chúng chế tạo từ thép ống Thơng thường, chúng có đường kính ngồi khoảng mm đường kính khoảng 2.4 mm Các đường ống nằm ống phân phối kim phun phải có chiều dài Sự khác biệt chiều dài ống phân phối kim phun bù cách uốn cong đường ống nối Tuy nhiên, đường ống nối nên giữ ngắn tốt f Cảm biến áp suất ống (rail-pressure sensor) Cảm biến áp suất ống đo áp suất tức thời ống phân phối báo ECU với độ xác thích hợp tốc độ đủ nhanh 125 Bài giảng: Hệ thống điều khiển động Mạch điện Màng so Màng phần tử cảm biến Ống dẫn áp suất Ren lắp ghép Hình 3-13: Cảm biến áp suất ống phân phối Nhiên liệu chảy vào cảm biến áp suất ống thông qua đầu mở phần cuối bịt kín màng cảm biến Thành phần cảm biến thiết bị bán dẫn gắn màng cảm biến, dùng để chuyển áp suất thành tín hiệu điện Tín hiệu cảm biến tạo đưa vào mạch khuyếch đại tín hiệu đưa đến ECU Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc: Khi màng biến dạng lớp điện trở đặt màng thay đổi giá trị Sự biến dạng (khoảng 1mm 1500 bar) áp suất tăng lên hệ thống, thay đổi điện trở gây thay đổi điện mạch cầu điện trở Điện áp thay đổi khoảng 0-70mV (tùy thuộc áp suất tác động) khuyếch đại mạch khuyếch đại đến 0.5V-4.5 V Việc kiểm sốt cách xác áp suất ống điều bắt buộc để hệ thống hoạt động Đây nguyên nhân cảm biến áp suấ ống phải có sai số nhỏ q trình đo Trong dải hoạt động động cơ, độ xác đo đạt khoảng 2% Nếu cảm biến áp suất ống bị hư van điều khiển áp suất điều khiển theo giá trị định sẵn ECU g Van giới hạn áp suất (pressure limiter valve) Van giới hạn áp suất có chức van an toàn Trong trường hợp áp suất vượt cao, van giới hạn áp suất hạn chế áp suất ống cách mở cửa thoát Van giới hạn áp suất cho phép áp suất tức thời tối đa ống khoảng 1500 bar 126 Bài giảng: Hệ thống điều khiển động Mạch cao áp Van Lỗ dầu Piston Lò xo Đế Thân van Đường dầu Hình 3- 14: Van giới hạn áp suất Van giới hạn áp suất thiết bị khí bao gồm thành phần sau: Phần cổ có ren ngồi để lắp vào ống Một chỗ nối với đường dầu Một piston di chuyển Một lò xo Tại phần cuối chỗ nối với ống có buồng với đường dẫn dầu có phần hình mà piston xuống làm kín bên buồng Ở áp suất hoạt động bình thường (tối đa 1350 bar), lị xo đẩy piston xuống làm kín ống Khi áp suất hệ thống vượt mức, piston bị đẩy lên áp suất dầu ống thắng lực căng lị xo Nhiên liệu có áp suất cao thơng qua van vào đường dầu trở lại bình chứa Khi van mở, nhiên liệu rời khỏi ống vậy, áp suất ống giảm xuống h Van hạn chế dòng chảy (flow limiter) Nhiệm vụ hạn chế dòng chảy ngăn cho kim khơng phun liên tục ví dụ trường hợp kim khơng đóng lại Để thực điều này, lượng nhiên liệu rời khỏi ống vượt mức định sẵn van giới hạn dịng chảy đóng đường dầu nối với kim lại 127 Bài giảng: Hệ thống điều khiển động Mạch dầu đến ống Vòng đệm Piston Lò xo Thân Mạch dầu đến kim Mặt Van tiết lưu Hình 3-15: Van giới hạn dòng chảy Van giới hạn dòng chảy bao gồm buồng kim loại với ren phía để bắt với ống (có áp suất cao) ren để bắt với đường dầu đến kim phun Van có đường dẫn dầu đầu để nối với ống với đường dầu đến kim Có piston bên van hạn chế dòng chảy đẩy lị xo theo hướng tích trữ nhiên liệu Piston làm kín với thành buồng van đường dầu theo chiều dọc thông qua lỗ dầu thân piston dẫn dầu từ phía bên phía bên ngồi piston Lỗ dầu theo chiều dọc có đường kính giảm dần phần cuối đóng vai trị van tiết lưu G/đ phun Rị rỉ G/đ nghỉ Góc quay trục khưỷu Hình 3-16: Van giới hạn dòng chảy chế độ hoạt động bình thường với lượng nhiên liệu rị rỉ nhỏ Ở chế độ hoạt động bình thường Ở trạng thái nghỉ, piston nằm vị trí gần chỗ nối với ống Khi nhiên liệu phun ra, áp suất phun giảm xuống phần cuối kim phun làm cho piston dịch chuyển theo hướng kim phun Van giới hạn dòng chảy bù lại lượng nhiên liệu bị kim phun lấy từ ống cách thay thể tích nhiên liệu lượng thể tích dịch chuyển piston lỗ khoan ngang lượng nhiên liệu 128 Bài giảng: Hệ thống điều khiển động nhỏ Ở cuối trình phun, piston nhấc lên chút mà khơng đóng đường dầu hồn tồn Lị xo đẩy piston lên nằm trạng thái nghỉ nhiên liệu chảy qua lỗ khoan ngang Lò xo lỗ khoan ngang định kích thước cho với lượng nhiên liệu phun tối đa (cộng với lượng dự phịng an tồn) piston di chuyển trở trạng thái nghỉ lần phun kế Ở chế độ hoạt động bất thường với lượng nhiên liệu bị rò rỉ lớn Nhờ vào lượng nhiên liệu rời khỏi ống, piston van giới hạn dịng chảy bị đẩy khỏi vị trí trạng thái nghỉ làm kín đường dầu Piston giữ vị trí ngăn nhiên liệu đến kim phun Ở chế độ hoạt động bất thường với lượng nhiên liệu bị rò rỉ nhỏ Nhờ vào lượng nhiên liệu bị rò rỉ, piston van giới hạn dịng chảy khơng thể trở lại vị trí trạng thái nghỉ Sau số lần phun piston di chuyển tới vị trí làm kín ngõ dầu Piston giữ trạng thái động tắt đóng ngõ dầu vào kim phun DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Đỗ văn Dũng Trang bị điện điện tử ôtô đại Đại học Sư phạm kỹ thuật TP HCM 2013 [2] Cẩm nang sửa chữa xe Toyota [3] Tài liệu đào tạo “ TEAM “ Công ty TOYOTA Việt nam [4] www.oto-hui.vn 129 ... nhiên liệu phân loại theo nhiều kiểu Nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun ta có 02 loại: - Loại CIS - Continuous Injection System: kiểu sử dụng kim phun khí - Loại AFC-Air Flow Controlled Fuel Injection:... điện đánh lửa hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tuân theo định luật Pashen P. T U đt K Trong đó: P: Áp suất buồng đốt thời điểm đánh lửa : Khe hở bougie T: Nhiệt độ điện cực trung tâm bougie... biến Hall Cảm biến Hall đặt delco, gồm rôto thép có cánh chắn cửa sổ cách gắn trục delco Số cánh chắn tương ứng với số xylanh động Khi rotor quay, cánh chắn xen vào khe hở nam châm IC Hall (hình