Giáo trình hệ thống điện động cơ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Nguyễn Bá Thiện, Nguyễn Văn Hậu GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Quảng Ninh- 2018 LỜI NÓI ĐẦU Để đáp ứng kịp thời yêu cầu nhiệm vụ đào tạo, Trường ĐHCN Quảng Ninh tổ chức biên soạn giáo trình Hệ thống điện động Sách dùng làm tài liệu giảng dạy học tập cho sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ơ tơ nhà trường làm tài liệu tham khảo cho người làm công tác kĩ thuật ngành tơ Giáo trình nhóm cán giảng dạy thuộc mơn Cơ khí Ơ tơ Trường ĐHCN Quảng Ninh biên soạn, Trong trình biên soạn cố gắng để sách đảm bảo tính khoa học, đại gắn liền với thực tế phát triển ngành công nghiệp sản xuất tơ Nhưng khả có hạn hạn chế thời gian điều kiện khách quan khác, giáo trình chắn không tránh khỏi khiếm khuyết Chúng mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc đồng nghiệp để lần tái sau hoàn chỉnh Nhóm tác giả MỤC LỤC Chương Khái quát hệ thống điện điện tử xe ô tô 1.1 Tổng quát mạng điện xe ô tô phân bố hệ thống 1.2 Yêu cầu kỹ thuật hệ thống điện xe ô tô 1.3 Các linh kiện điện, điện tử dùng hệ thống điện ô tô 1.4 Các loại phụ tải điện xe ô tô 1.5 Các thiết bị bảo vệ điều khiển trung gian 1.6 Ký hiệu qui ước sơ đồ điện 1.7 Dây điện bối dây điện hệ thống điện ô tô Chương 2: Hệ thống cung cấp điện 2.1 Ac quy khởi động 2.2 Máy phát điện Chương 3: Hệ thống khởi động 3.1 Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu 3.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động Chương Hệ thống đánh lửa 4.1 Công dung, yêu cầu phân loại 4.2 Lý thuyết đánh lửa 4.3 Các linh kiện dùng hệ thống 4.4 Hệ thống đánh lửa 4.5 Hệ thống đánh lửa bán dẫn Chương 5: Hệ thống điều khiển lập trình cho động tô 5.1 Khái quát hệ thống điều khiển lập trình cho động tơ 5.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình thuật tốn điều khiển 5.3 Các loại cảm biến tín hiệu ngõ vào 5.4 Bộ điều khiển điện tử ECU 5.5 Điều khiển đánh lửa Chương Hệ thống điều khiển động diesel điện tử CDI 6 7 11 14 21 21 60 83 83 86 97 97 98 109 117 122 172 172 174 176 217 229 281 Chương KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ Ơ TƠ Ơtơ trang bị nhiều chủng loại thiết bị điện điện tử khác Từng nhóm thiết bị điện có cấu tạo tính riêng, phục vụ số mục đích định, tạo thành hệ thống điện riêng biệt mạch điện ôtô 1.1 Tổng quát mạng điện hệ thống điện ôtô Hệ thống khởi động (starting system): Bao gồm accu, máy khởi động điện (starting motor), relay điều khiển relay bảo vệ khởi động Đối với động diesel có trang bị thêm hệ thống xơng máy (glow system) Hệ thống cung cấp điện (charging system): gồm accu, máy phát điện (alternators), tiết chế điện (voltage regulator), relay đèn báo nạp Hệ thống đánh lửa (Ignition system): Bao gồm phận chính: accu, khóa điện (ignition switch), chia điện (distributor), biến áp đánh lửa hay bobine (ignition coils), hộp điều khiển đánh lửa (igniter), bougie (spark plugs) Hệ thống chiếu ánh sáng tín hiệu (lighting and signal system): gồm đèn chiếu sáng, đèn tín hiệu, cịi, công tắc relay Hệ thống đo đạc kiểm tra (gauging system): chủ yếu đồng hồ báo tableau đèn báo gồm có: đồng hồ tốc độ động (tachometer), đồng hồ đo tốc độ xe (speedometer), đồng hồ đo nhiên liệu nhiệt độ nước Hệ thống điều khiển động (engine control system): gồm hệ thống điều khiển xăng, lửa, góc phối cam, ga tự động (cruise control) Ngồi ra, động diesel ngày thường sử dụng hệ thống điều khiển nhiên liệu điện tử (EDC – electronic diesel control common rail injection) Hệ thống điều khiển ôtô: bao gồm hệ thống điều khiển phanh chống hãm ABS (antilock brake system), hộp số tự động, tay lái, gối (SRS), lực kéo (traction control) Hệ thống điều hòa nhiệt độ (air conditioning system): bao gồm máy nén (compressor), giàn nóng (condenser), lọc ga (dryer), van tiết lưu (expansion valve), giàn lạnh (evaporator) chi tiết điều khiển relay, thermostat, hộp điều khiển, cơng tắc A/C… Hình 1.1: Sơ đồ bố trí thiết bị điện ôtô (M21 – Vonga) Đèn pha; Relay còi; Máy phát điện; Bộ điều chỉnh điện; Motor lau cửa kính; Biến áp đánh lửa; Bộ chia điện; Motor quạt; Đồng hồ; 10 15 Công tắc đèn trần tự động; 11 Công tắc đèn trần; 12 Đèn trần; 13 16 Bó dây chính; 14 Đèn hậu; 17 Máy khởi động điện; 18 Ac quy; 19 Đèn đờ mi; 20 Còi Chương 1: Khái quát hệ thống điện điện tử ôtô Nếu hệ thống điều khiển máy tính có tên gọi hệ thống tự động điều hịa khí hậu (automatic climate control) Các hệ thống phụ: Hệ thống gạt nước, xịt nước (wiper and washer system) Hệ thống điều khiển cửa (door lock control system) Hệ thống điều khiển kính (power window system) Hệ thống điều khiển kính chiếu hậu (mirror control) Hệ thống định vị (navigation system) 1.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống điện Nhiệt độ làm việc Tùy theo vùng khí hậu, thiết bị điện ơtơ chia làm nhiều loại:  Ở vùng lạnh cực lạnh (-40oC) Nga, Canada  Ở vùng ôn đới (20oC) Nhật Bản, Mỹ, châu Âu …  Nhiệt đới (Việt Nam, nước Đông Nam Á , châu Phi…)  Loại đặc biệt thường dùng cho xe quân (sử dụng cho tất vùng khí hậu) Sự rung xóc Các phận điện ơtơ phải chịu rung xóc với tần số từ 50 đến 250 Hz, chịu lực với gia tốc 150m/s2 Điện áp Các thiết bị điện ôtô phải chịu xung điện áp cao với biên độ lên đến vài trăm volt Độ ẩm Các thiết bị điện phải chịu độ ẩm cao thường có nước nhiệt đới Độ bền Tất hệ thống điện ôtô phải hoạt động tốt khoảng 0,9  1,25 Uđịnh mức (Uđm = 14 V 28 V) thời gian bảo hành xe Nhiễu điện từ Các thiết bị điện điện tử phải chịu nhiễu điện từ xuất phát từ hệ thống đánh lửa nguồn khác 1.3 Các Linh kiện Nguồn điện ôtô Nguồn điện ô tô nguồn điện chiều cung cấp accu, động chưa làm việc, máy phát điện động làm việc Để tiết kiệm dây dẫn, thuận tiện lắp đặt sửa chữa…, đa số xe, người ta sử dụng thân sườn xe (car body) làm dây dẫn chung (single wire system) Vì vậy, đầu âm nguồn điện nối trực tiếp thân xe 1.4 Các loại phụ tải điện xe ôtô Các loại phụ tải điện ôtô mắc song song chia làm loại: Chương 1: Khái quát hệ thống điện điện tử ôtô Phụ tải làm việc liên tục: gồm bơm nhiên liệu (50  70W), hệ thống đánh lửa (20W), kim phun (70  100W) … Phụ tải làm việc không liên tục: gồm đèn pha (mỗi 60W), cốt (mỗi 55W), đèn kích thước (mỗi 10W), radio car (10  15W), đèn báo tableau (mỗi 2W)… Phụ tải làm việc khoảng thời gian ngắn: gồm đèn báo rẽ (4 x 21W + x 2W), đèn thắng (2 x 21W), motor điều khiển kính (150W), quạt làm mát động (200W), quạt điều hòa nhiệt độ (2 x 80W), motor gạt nước (30  65W), còi (25  40W), đèn sương mù (mỗi 35  50W), còi lui (21W), máy khởi động (800  3000W), mồi thuốc (100W), anten (dùng motor kéo (60W)), hệ thống xông máy (động diesel) (100  150W), ly hợp điện từ máy nén hệ thống lạnh (60W)… Ngoài ra, người ta phân biệt phụ tải điện ô tô theo công suất, điện áp làm việc 1.5 Các thiết bị bảo vệ điều khiển trung gian Các phụ tải điện xe hầu hết mắc qua cầu chì Tùy theo tải cầu chì có giá trị thay đổi từ  30A Dây chảy (Fusible link) cầu chì lớn 40 A mắc mạch phụ tải điện lớn chung cho cầu chì nhóm làm việc thường có giá trị vào khoảng 40 120A Ngồi ra, để bảo vệ mạch điện trường hợp chập mạch, số hệ thống điện ôtô người ta sử dụng ngắt mạch (CB – circuit breaker) dòng Trên hình 1.2 trình bày sơ đồ hộp cầu chì xe Honda Accord 1989 Đến máy phát Cassette, Anten Quạt giàn lạnh (Hoặc nóng) Relay điều khiển xơng kính, điều hồ nhiệt độ Điều khiển kính chiếu hậu, quạt làm mát động Tableau Hệ thống gạt, xịt nước kính, điều khiển kính cửa sổ Tiết chế điện thế, cảm biến tốc độ, hệ thống phun xăng Hệ thống ga tự động 22 Quạt làm mát động giàn nóng 23 Xơng kính sau 24 Hệ thống phun xăng 25 Motor quay kính sau (phải) 26 Motor quay kính sau (trái) 27 Motor quay đèn đầu (phải) 28 Motor quay đèn đầu (trái) 29 Quạt giàn nóng 10 Hệ thống đánh lửa 11 Hệ thống khởi động 12 Hệ thống phun xăng 13 Công tắc ly hợp 14 Hệ thống phun xăng 15 Đèn chiếu sáng salon 16 Hộp điều khiển quay đèn đầu 17 Đèn cốt trái 18 Đèn cốt phải 19 Đèn pha trái 20 Đèn pha phải 21 Máy phát 32 Hệ thống khoá cửa 33 Đồng hồ, cassette, ECU 34 Mồi thuốc, đèn soi sáng 35 Hệ thống quay đèn đầu 36 Hệ thống báo rẽ báo nguy 37 Còi đèn thắng, dây an tồn 38 Motor quay kính trước (phải) 39 Motor quay kính trước (trái) 30 Hộp điều khiển quạt 40 Quạt dàn lạnh 31 Hệ thống sưởi Để phụ tải điện làm việc, mạch điện nối với phụ tải phải kín Thơng thường phải có cơng tắc đóng mở mạch Cơng tắc mạch điện xe có nhiều dạng: thường đóng (normally closed), thường mở (normally open) phối hợp (changeover switch) tác động để thay đổi trạng thái đóng mở (ON – OFF) cách nhấn, xoay, mở chìa khóa Trạng thái cơng tắc thay đổi yếu tố như: áp suất, nhiệt độ… Trong ôtô đại, để tăng độ bền giảm kích thước cơng tắc, người ta thường đấu dây qua relay Relay phân loại theo dạng tiếp điểm: thường đóng (NC – normally closed), thường mở (NO – normally opened), kết hợp hai loại - relay kép (changeover relay) 10 Chương 1: Khái quát hệ thống điện điện tử ôtô 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Hình 1.2: Sơ đồ hộp cầu chì xe HONDA ACCORD 1989 11 1.6 Ký hiệu quy ước sơ đồ mạch điện CÁC KÝ HIỆU TRONG MẠCH ĐIỆN Ô TÔ Nguồn accu Bốing đèn Tụ điện Bốing đèn tim Mồi thuốc Còi Cái ngắt mạch (CB) Bobine Diode Diode zener Bốing đèn Cảm biến điện từ chia điện LED Cầu chì Đồng hồ loại kim Dây chảy (cầu chì chính) Nối mass (thân xe) FUEL M Đồng hồ số Động điện 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 mòn phải giữ cho khơng bị rị rỉ áp suất gấp đơi áp suất hoạt động bình thường Van an tồn phải lắp để áp suất q 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 không 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 mòn 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 toàn 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 mức van an toàn 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 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 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 - Vòng 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 Lị 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 khơng 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 dòng 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 không đổi Điều bảo đảm cho áp suất phun kim không 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 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 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 khơng thể 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 hoàn 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 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 ra;  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 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 công 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 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 tạo phương pháp gia công 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 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 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 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), lò 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 lò 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 dịng 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 Lị xo Thân Mạch dầu đến kim Mặt Van tiết lưu Hình 6.14: Van giới hạn dịng chảy Van giới hạn dòng chảy bao gồm buồng kim loại với ren phía để bắt với ống (có áp suất cao) ren ngồi 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 lò 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 dịng chảy chế độ hoạt động bình thường với lượng nhiên liệu rò 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 dịng 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 q 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 Lị 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 dòng 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 ... Ký hiệu qui ước sơ đồ điện 1.7 Dây điện bối dây điện hệ thống điện ô tô Chương 2: Hệ thống cung cấp điện 2.1 Ac quy khởi động 2.2 Máy phát điện Chương 3: Hệ thống khởi động 3.1 Nhiệm vụ, phân... mạch điện 13 Chương 1: Khái quát hệ thống điện điện tử ôtô 14 1.7 Dây điện bối dây điện hệ thống điện ôtô 1.7.1 Ký hiệu màu ký hiệu số Trong khn khổ giáo trình này, tác giả giới thiệu hệ thống. .. mạch điện ôtô 1.1 Tổng quát mạng điện hệ thống điện ôtô Hệ thống khởi động (starting system): Bao gồm accu, máy khởi động điện (starting motor), relay điều khiển relay bảo vệ khởi động Đối với động