Đang tải... (xem toàn văn)
Phần 2 của giáo trình Hệ thống điện động cơ tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ ô tô; cảm biến nước làm mát và cảm biến nhiệt độ khí nạp; hệ thống điều khiển động cơ diesel bằng điện tử CDI;... Mời các bạn cùng tham khảo!
CHƢƠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CHO ĐỘNG CƠ 5.1 Khái quát hệ thống điều khiển lập trình cho động 5.1.1 Lịch sử phát triển Vào kỷ 19, kỹ sư người Pháp - ông Stevan - nghĩ cách phun nhiên liệu cho máy nén khí Sau thời gian, người Đức cho phun nhiên liệu vào buồng cháy không mang lại hiệu Đầu kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu động tĩnh (nhiên liệu dùng động dầu hỏa nên hay bị kích nổ hiệu suất thấp) Tuy nhiên, sau sáng kiến ứng dụng thành công việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay Đức Đến năm 1966, hãng BOSCH thành công việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu khí Trong hệ thống phun xăng này, nhiên liệu phun liên tục vào trước supap hút nên có tên gọi K – Jetronic (K- Konstant – liên tục, Jetronic – phun) K – Jetronic đưa vào sản xuất ứng dụng xe hãng Mercedes số xe khác, tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng hệ sau KE –Jetronic, Mono-Jetronic, LJetronic, Motronic… Tên tiếng Anh K-Jetronic CIS (continuous injection system) đặc trưng cho hãng xe Châu Âu có loại cho CIS là: K – Jetronic, K –Jetronic – với cảm biến oxy KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển điện tử) KE – Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm) Do hệ thống phun khí cịn nhiều nhược điểm nên đầu năm 80, BOSCH cho đời hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển điện Có hai loại: hệ thống L-Jetronic (lượng nhiên liệu xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) D-Jetronic (lượng nhiên liệu xác định dựa vào áp suất đường ống nạp) Đến năm 1984, người Nhật (mua quyền BOSCH) ứng dụng hệ thống phun xăng L-Jetronic D-Jetronic xe hãng Toyota (dùng với động 4A – ELU) Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L – Jetronic thay cho chế hịa khí xe Nissan Sunny Song song, với phát triển hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình (ESA – electronic spark advance) đưa vào sử dụng vào năm đầu thập kỷ 80 Sau đó, vào đầu năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – direct ignition system) đời, cho phép không sử dụng delco hệ thống có mặt hầu hết xe hệ Ngày nay, gần tất ôtô trang bị hệ thống điều khiển động xăng diesel theo chương trình, giúp động đáp ứng yêu cầu gắt gao khí xả tính tiết kiệm nhiên liệu Thêm vào đó, cơng suất động cải thiện rõ rệt Những năm gần đây, hệ động phun xăng đời Đó động phun trực tiếp: GDI (gasoline direct injection) Trong tương lai gần, chắn GDI sử dụng rộng rãi 172 Hình 5.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển động 173 5.1.2 Phân loại ƣu nhƣợc điểm Phân loại Hệ thống phun nhiên liệu phân loại theo nhiều kiểu Nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun, ta có loại: a Loại CIS (continuous injection system) Đây kiểu sử dụng kim phun khí, gồm loại bản: - Hệ thống K – Jetronic: việc phun nhiên liệu điều khiển hồn tồn khí - Hệ thống K – Jetronic có cảm biến khí thải: có thêm cảm biến oxy - Hệ thống KE – Jetronic: hệ thống K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lực phun điện tử - Hệ thống KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa điện tử Các hệ thống vừa nêu sử dụng xe châu Âu model trước 1987 Do chúng lỗi thời nên sách không đề cập đến b Loại AFC (air flow controlled fuel injection) Sử dụng kim phun điều khiển điện Hệ thống phun xăng với kim phun điện chia làm loại chính: D-Jetronic (xuất phát từ chữ Druck tiếng Đức áp suất): với lượng xăng phun xác định áp suất sau cánh bướm ga cảm biến MAP (manifold absolute pressure sensor) L-Jetronic (xuất phát từ chữ Luft tiếng Đức khơng khí): với lượng xăng phun tính tốn dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió loại cánh trượt Sau có phiên bản: LH – Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU – Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu âm… Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC chia làm loại: c Loại TBI (Throttle Body Injection) - phun đơn điểm Hệ thống có tên gọi khác như: SPI (single point injection), CI (central injection), Mono – Jetronic Đây loại phun trung tâm Kim phun bố trí phía cánh bướm ga nhiên liệu phun hay hai kim phun Nhược điểm hệ thống tốc độ dịch chuyển hịa khí tương đối thấp nhiên liệu phun vị trí xa supap hút khả thất thoát đường ống nạp d Loại MPI (Multi Point Fuel Injection) - phun đa điểm Đây hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với kim phun cho xylanh bố trí gần supap hút (cách khoảng 10 – 15 mm) Ống góp hút thiết kế cho đường khơng khí từ bướm ga đến xylanh dài, nhờ vậy, nhiên liệu phun hòa trộn tốt với khơng khí nhờ xốy lốc Nhiên liệu khơng cịn thất thoát đường ống nạp Hệ thống phun xăng đa điểm đời khắc phục nhược điểm hệ thống phun xăng đơn điểm Tùy theo cách điều khiển kim phun, hệ thống chia làm loại chính: phun độc lập hay phun kim (independent injection), phun nhóm (group injection) phun đồng loạt (simultaneous injection) Nếu vào đối tượng điều khiển theo chương trình, người ta chia hệ thống điều khiển động loại chính: điều khiển phun xăng (EFI -lectronic fuel injection theo tiếng Anh Jetronic theo tiếng Đức), điều khiển đánh lửa (ESA - electronic spark advance) loại tích hợp tức điều khiển phun xăng đánh lửa (hệ thống có nhiều tên gọi khác nhau: Bosch đặt tên Motronic, Toyota có tên (TCCS - Toyota Computer 174 Control System), Nissan gọi tên (ECCS - Electronic Concentrated Control System…) Nhờ tốc độ xử lý CPU cao, hộp điều khiển động đốt ngày thường gồm chức điều khiển hộp số tự động quạt làm mát động Nếu phân biệt theo kỹ thuật điều khiển ta chia hệ thống điều khiển động làm loại: analog digital Ở hệ xuất từ 1979 đến 1986, kỹ thuật điều khiển chủ yếu dựa mạch tương tự (analog) Ở hệ thống này, tín hiệu đánh lửa lấy từ âm bobine đưa hộp điều khiển để, từ đó, hình thành xung điều khiển kim phun Sau đó, đa số hệ thống điều khiển động thiết kế, chế tạo tảng vi xử lý (digital) e Ƣu điểm hệ thống phun xăng Có thể cấp hỗn hợp khí nhiên liệu đồng đến xylanh Có thể đạt tỉ lệ khí nhiên liệu xác với tất dải tốc độ động Đáp ứng kịp thời với thay đổi góc mở bướm ga Khả hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng: làm đậm hỗn hợp nhiệt độ thấp cắt nhiên liệu giảm tốc Hiệu suất nạp hỗn hợp khơng khí – nhiên liệu cao Do kim phun bố trí gần supap hút nên dịng khí nạp ống góp hút có khối lượng thấp (chưa trộn với nhiên liệu) đạt tốc độ xoáy lốc cao, nhờ vậy, nhiên liệu khơng cịn thất đường ống nạp hịa khí trộn tốt 5.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình thuật tốn điều khiển 5.2.1 Sơ đồ cấu trúc khối chức Sơ đồ cấu trúc khối chức hệ thống điều khiển động theo chương trình mơ tả hình 5.2 5.3 Hệ thống điều khiển bao gồm: ngõ vào (inputs) với chủ yếu cảm biến; hộp ECU (electronic control unit) não hệ thống có khơng có vi xử lý; ngõ (outputs) cấu chấp hành (actuators) kim phun, bobine, van điều khiển cầm chừng… 175 Hình 5.2: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình cho động Điều khiển hỗn hợp cầm chừng Hệ thống cấp khí Cảm biến lưu lượng gió Các cảm biến khác ECU Điều khiển tốc độ cầm chừng Cảm biến bướm ga ĐỘNG CƠ Kim phun nhiên liệu Hệ thống cấp nhiên liệu Hình 5.3: Sơ đồ khối chức hệ thống điều khiển phun xăng 5.3 Các loại cảm biến tín hiệu ngõ vào 5.3.1 Cảm biến đo lƣu lƣợng khí nạp 176 Để xác định lượng khí nạp (lượng gió) vào xylanh L-Jetronic, người ta sử dụng loại cảm biến khác nhau, ta phân làm kiểu: đo lưu lượng với thể tích dịng khí (cánh trượt, Karman …) đo lưu lượng khối lượng dịng khí (dây nhiệt) A Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt (đời 80 đến 95) Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt sử dụng hệ thống L-Jetronic để nhận biết thể tích gió nạp vào xylanh động Nó cảm biến quan trọng Tín hiệu thể tích gió sử dụng để tính tốn lượng xăng phun góc đánh lửa sớm Hoạt động dựa vào nguyên lý dùng điện áp kế có điện trở thay đổi kiểu trượt a Cấu tạo nguyên lý hoạt động Bộ đo gió kiểu trượt bao gồm cánh đo gió giữ lị xo hồn lực, cánh giảm chấn, buồng giảm chấn, cảm biến khơng khí nạp, vít chỉnh cầm chừng, mạch rẽ phụ, điện áp kế kiểu trượt gắn đồng trục với cánh đo gió cơng tắc bơm xăng Cánh đo Cánh giảm chấn Cảm biến nhiệt độ khí nạp Điện áp kế kiểu trượt Vít chỉnh CO Mạch rẽ Buồng giảm chấn Hình 5.5: Bộ đo gió kiểu trượt Lượng gió vào động nhiều hay tùy thuộc vào vị trí cánh bướm ga tốc độ động Khi gió nạp qua đo gió từ lọc gió mở dần cánh đo Khi lực tác động lên cánh đo cân với lực lị xo cánh đo đứng n Cánh đo điện áp kế thiết kế đồng trục nhằm mục đích chuyển góc mở cánh đo gió thành tín hiệu điện áp nhờ điện áp kế 177 b Vít chỉnh hỗn hợp cầm chừng (vít chỉnh CO) Bộ đo gió có hai mạch gió: mạch gió qua cánh đo gió mạch gió rẽ qua vít chỉnh CO Lượng gió qua mạch rẽ tăng làm giảm lượng gió qua cánh đo gió, thế, góc mở cánh đo gió nhỏ lại ngược lại Hình 5.6: Vít chỉnh hỗn hợp cầm chừng Vì lượng xăng phun phụ thuộc vào góc mở cánh đo gió, nên tỉ lệ xăng gió thay đổi cách điều chỉnh lượng gió qua mạch rẽ Nhờ chỉnh tỉ lệ hỗn hợp mức cầm chừng thơng qua vít CO nên thành phần % CO khí thải điều chỉnh Tuy nhiên, điều thực tốc độ cầm chừng cánh đo gió mở lớn, lượng gió qua mạch rẽ ảnh hưởng đến lượng gió qua mạch Trên thực tế, người ta cịn điều chỉnh hỗn hợp cách thay đổi sức căng lò xo c Buồng giảm chấn cánh giảm chấn Buồng giảm chấn cánh giảm chấn có cơng dụng ổn định chuyển động cánh đo gió Do áp lực gió thay đổi, cánh đo gió bị rung, gây ảnh hưởng đến độ xác Để ngăn ngừa dao động cánh đo gió, người ta thiết kế cánh giảm chấn liền với cánh đo để dập tắt độ rung Hình 5.7: Cánh giảm chấn buồng giảm chấn 178 d Công tắc bơm nhiên liệu (chỉ có xe Toyota) Cơng tắc bơm nhiên liệu bố trí chung với điện áp kế Khi động chạy, gió hút vào nâng cánh đo gió lên làm cơng tắc đóng Khi động ngừng, khơng có lực gió tác động lên cánh đo làm cánh đo quay vị trí ban đầu khiến công tắc hở khiến bơm xăng không hoạt động dù cơng tắc máy vị trí ON Các loại xe khác không mắc công tắc điều khiển bơm đo gió kiểu trượt Hình 5.8: Cơng tắc bơm xăng đo gió kiểu trượt e Mạch điện Có hai loại cảm biến đo gió cánh trượt khác chất mạch điện Loại 1: Điện áp VS tăng lượng khí nạp tăng chủ yếu dùng cho L-Jetronic đời cũ Loại cung cấp điện áp accu 12V đầu VB VC có điện áp không đổi nhỏ Điện áp đầu VS tăng theo góc mở cánh đo gió Voltage of battery FC E1 E2 VB VC VS THA VB E2 VC E2 VS E2 Hình 5.9: Mạch điện đường đặc tuyến cảm biến đo gió loại điện áp tăng ECU so sánh điện áp accu (VB) với độ chênh điện áp VC VS để xác định lượng gió nạp theo cơng thức: G G: lượng gió nạp VB VE VC VS 179 Nếu cực VC bị đoản mạch, lúc G tăng, ECU điều khiển lượng nhiên liệu phun cực đại, bất chấp thay đổi tín hiệu VS Điều có nghĩa là: động cầm chừng, nhiên liệu phun nhiều động bị ngộp xăng dẫn tới ngưng hoạt động Nếu cực VS bị đoản mạch, VC mức cực đại làm cho G giảm, lúc ECU điều khiển lượng phun nhiên liệu giảm có thay đổi tín hiệu VS Loại 2: FC E1 E2 Điện áp VS giảm lượng khí nạp tăng Loại ECU cung cấp điện áp 5V đến cực VC Điện áp VS thay đổi giảm theo góc mở cánh đo VC E2 VC E2 VS E2 VS THA Hình 5.10: Mạch điện đường đặc tuyến cảm biến đo gió loại điện áp giảm B Cảm biến đo gió dạng xốy lốc (Karman): a Nguyên lý làm việc: Các cảm biến loại dựa tượng vật lý sau: Khi cho dòng khí qua vật thể cố định khó chảy vịng (thanh tạo xốy Karman Vortex) phía sau xuất xốy lốc thay đổi tuần hồn gọi xoáy lốc Karman Đối với ống dài vơ tận có đường kính d, quan hệ tần số xốy lốc f vận tốc dịng chảy V xác định số Struhall: S f.d V Trong hiệu ứng Karman nêu trên, số Struhall không đổi dải rộng số Reinolds, nên vận tốc dịng chảy hay lưu lượng khí qua tỉ lệ thuận với tần số xốy lốc f xác định V cách đo f V f.d S Lý thuyết xốy lốc dịng khí ngang qua vật cản đưa Struhall từ năm 1878 Nhưng đến năm 1934, dụng cụ đo dựa lý thuyết chế tạo Ngày có nhiều sáng chế lĩnh vực ứng dụng để đo lưu lượng khí nạp hệ thống điều khiển phun xăng, khn khổ giáo trình khảo sát hai loại chính: loại Karman quang loại Karman siêu âm Karman kiểu quang 180 Là loại cảm biến đo lưu lượng gió kiểu quang đo trực tiếp thể tích khí nạp So với kiểu trượt, có ưu điểm nhỏ gọn nhẹ Ngoài ra, cấu trúc đường ống đơn giản giảm trở lực đường ống nạp b Cấu tạo nguyên lý hoạt động Cảm biến Karman quang có cấu tạo trình bày hình 5.11, bao gồm trụ đứng đóng vai trị tạo dịng xốy, đặt dịng khí nạp Khi dịng khí qua, xốy lốc hình thành phía sau tạo xốy cịn gọi dịng xốy Karman Các dịng xốy Karman theo rãnh hướng làm rung gương mỏng phủ nhôm làm thay đổi hướng phản chiếu từ đèn LED đến photo - transistor Như vậy, tần số đóng mở transistor thay đổi theo lưu lượng khí nạp Tần số f xác định theo công thức sau: f S V d Trong đó: V: vận tốc dịng khí d: đường kính trụ đứng S: số Struhall (S = 0,2 cảm biến này) Căn vào tần số f, ECU xác định thể tích tương ứng khơng khí vào xylanh, từ tính lượng xăng phun cần thiết Photo - transistor Đèn led Gương (được tráng nhơm) Mạch đếm dịng xốy Lưới ổn định Vật tạo xoáy Cảm bíến áp suất khí trời Dịng xốy LED Hình 5.11: Bộ đo gió kiểu Karman quang Khi lượng gió vào ít, gương rung photo - transistor đóng mở tần số f thấp Ngược lại, lượng gió vào nhiều, gương rung nhanh tần số f cao Photo - transistor Gương Gió vào Bộ tạo xốy Lưu lượng Gió vào nhiều gió trung bình 287 6 10 11 Thùng chứa nhiên liệu Lọc thô Bơm tiếp vận Lọc tynh Đường nhiên liệu áp suất thấp Bơm cao áp Đường nhiên liệu áp suất cao Ống trữ nhiên liệu áp suất cao Kim phun Đường dầu ECU Hình 6.4 : Hệ thống nhiên liệu common rail 6.4.2 Vùng áp suất thấp Vùng áp suất thấp bao gồm phận: Bình chứa nhiên liệu Bình chứa nhiên liệu phải làm từ vật liệu chống ăn mịn phải giữ cho khơng bị rị rỉ áp suất gấp đơi áp suất hoạt động bình thường Van an toàn phải lắp để áp suất cao tự ngồi Nhiên liệu khơng rị rỉ cổ nối với bình lọc nhiên liệu hay thiết bị bù áp suất xe bị rung xóc nhỏ, xe vào cua dừng hay chạy đường dốc Bình nhiên liệu động phải nằm cách xa để trường hợp tai nạn xảy khơng có nguy bị cháy Đường nhiên liệu áp suất thấp Đường ống nhiên liệu mềm bọc thép thay cho đường ống thép dùng ống áp suất thấp Tất phận mang nhiên liệu phải bảo vệ lần khỏi tác động nhiệt độ Đối với xe buýt, đường ống nhiên liệu không đặt không gian hành khách hay cabin xe phân phối trọng lực Bơm tiếp vận (presupply pump) Bơm tiếp vận bao gồm bơm điện với lọc nhiên liệu, hay bơm bánh Bơm hút nhiên liệu từ bình chứa tiếp tục đưa đủ lượng nhiên liệu đến bơm cao áp Lọc nhiên liệu Một lọc nhiên liệu khơng thích hợp dẫn đến hư hỏng cho thành phần bơm, van phân phối kim phun Bộ lọc nhiên liệu làm nhiên liệu trước đưa đến bơm cao áp, ngăn ngừa mài mịn nhanh chi tiết bơm 288 ) Nắp bầu lọc Đường dầu vào Phần giấy lọc Bọng chứa dầu sau lọc Phần chứa nước có lẫn dầu Thiết bị báo mực nứơc bầu lọc vựơt mức cho phép Đường dầu Hình 6.5 Lọc nhiên liệu Nước lọt vào hệ thống nhiên liệu làm hư hỏng hệ thống dạng ăn mòn Tương tự với hệ thống nhiên liệu khác, hệ thống common rail cần lọc nhiên liệu có bình chứa nước, từ nước xả Một số xe du lịch lắp động diesel thường có thiết bị cảnh báo đèn lượng nước bình lọc vượt mức 6.4.3 Vùng áp suất cao Vùng áp suất cao hệ thống common rail bao gồm: - bơm cao áp với van điều khiển áp suất - đường ống nhiên liệu áp suất cao tức ống phân phối đóng vai trị tích áp suất cao với cảm biến áp suất nhiên liệu, van giới hạn áp suất, giới hạn dòng chảy, kim phun đường ống dầu 289 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 6.6: 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 6.7), 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 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 290 ) 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 Trục dẫn động Đĩa cam lệch tâm Piston bơm Van hút Van Cửa vào Hình 6.6 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 291 Ngay áp suất phân phối vượt q mức van an tồn xả bớt áp suất (0.51,5 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 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 khơng thể bị nén nên bị đẩy trở lại mạch áp suất thấp Với xylanh bơm bị loại bỏ khơng 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 trình phun, tỷ số truyền tính cho mặt lượng nhiên liệu mà cung cấp khơng q 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 Lị xo Mạch điện Hình 6.8: Cấu tạo van điều áp 292 ) 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 lò xo lực điện từ Nhằm bôi 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 - Vịng điều khiển đáp ứng nhanh dùng để bù cho dao động lớn áp suất 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 lò 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-widthmodulation 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 293 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; Đường dầu đến kim Hình 6.9: Cấu tạo ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (ống phân phối) hình 6.9 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 khơng đổi Điều bảo đảm cho áp suất phun kim khơng đổi từ kim mở 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 không 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 6.10, 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; 294 ) 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); Kim phun mở hồn tồn; 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 thơng 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 295 Khi kim đóng 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 Đầu kim a b Hình 6.10: 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 296 ) * * Kim phun đóng (kết thúc phun) Khi dịng 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 dịng 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 ra; Hình dạng buồng cháy; Sự xốy 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 mịn 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 tròn, 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 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: 297 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 10 11 12 13 14 * 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 Trục định hướng Vành kim Lỗ định vị Dấu bề mặt Bề mặt cơng tắc áp suất Hình 6.11: 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 298 ) * 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 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 Mạch điện Màng so Màng phần tử cảm biến Ống dẫn áp suất Ren lắp ghép Hình 6.12: Cảm biến áp suất ống phân phối 299 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 soát 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 tồn 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 Mạch cao áp Van Lỗ dầu Piston Lò xo Đế Thân van Đường dầu Hình 6.13: 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 về; 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) 300 ) 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 Mạch dầu đến ống Vòng đệm Piston Lò xo Thân Mạch dầu đến kim Mặt Van tiết lưu Hình 6.14: 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 Hình 6.15: Van giới hạn dòng chảy chế độ hoạt động bình thường với lượng nhiên liệu rị rỉ nhỏ G/đ phun Ở chế độ hoạt động bình thường Rị rỉ G/đthái nghỉnghỉ, piston nằm vị trí gần chỗ nối với ống Khi nhiên liệu Ở trạng 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 Góc quay nhiên liệu bị kim phun lấy từ ống cách thay thểtrục tíchkhưỷu nhiên liệu lượng thể tích dịch chuyển piston lỗ khoan ngang lượng nhiên liệu 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 301 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 dòng 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 ... loại bản: - Hệ thống K – Jetronic: việc phun nhiên liệu điều khiển hồn tồn khí - Hệ thống K – Jetronic có cảm biến khí thải: có thêm cảm biến oxy - Hệ thống KE – Jetronic: hệ thống K-Jetronic... tốt 5 .2 Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình thuật tốn điều khiển 5 .2. 1 Sơ đồ cấu trúc khối chức Sơ đồ cấu trúc khối chức hệ thống điều khiển động theo chương trình mơ tả hình 5 .2 5.3 Hệ thống. .. ngưng hoạt động động Mạch điện 22 1 Hình 5. 72: Mạch điện công tắc áp suất dầu Công tắc đèn thắng (stop lamp switch) Khi đạp thắng, công tắc đèn thắng vị trí ON đồng thời gởi tín hiệu điện ECU