Nghiên cứu hệ thống điều khiển tác động phun nhiên liệu bằng điện thuỷ lực của động cơ 3412e lắp trên tàu cao tốc kèm bản vẽ

Với mục đích tổng hợp lại những kiến thức được học và tìm hiểu những cảitiến trên hệ thống nhiên liệu diesel, em được giao thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu hệ thống điều khiển tác động phu

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI

KHOA ĐÓNG TÀU

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ

TRÌNH PHUN NHIÊN LIỆU BẰNG ĐIỆN THỦY LỰC

( HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU HEUI )

Chuyên ngành : THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG

Mã số : Người thực hiện : Đỗ Nam Cường Người hướng dẫn : Th.s Đặng Khánh Ngọc

nghiên cứu với sự hướng dẫn tận tình của cô giáo Th.s Đặng Khánh Ngọc cùng sự

giúp đỡ của các thầy cô trong khoa, sự giúp đỡ của các nhân viên hãng CAT Việt Nam em đã thành công trong việc nghiên cứu, tìm hiểu về hệ thống nhiênliệu HEUI

V-TRAC-Tuy nhiên do thời gian có hạn, yêu cầu của đề tài rộng và kiến thức thực tế củabản thân chưa nhiều nên bản luận án không tránh khỏi sai sót Em mong sự góp ýkiến xây dựng của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp nhằm nâng cao sự hiểubiết cho bản thân và hoàn thiện hơn đề tài của mình

Cuối cùng em xin trân thành cảm ơn!

Hải phòng, ngày 6 tháng 1 năm 2008

từ khi ra đời đến nay hệ thống nhiên liệu diesel đã có rất nhiều cải tiến, từ hệ thống sửdụng bơm cao áp ban đầu, ngày nay người ta đã đưa ra nhiều hệ thống nhiên liệudiesel kết hợp điều khiển điện tử, common rail, HEUI,

Hệ thống nhiên liệu HEUI ( Hydraulic Electronic Unit Injection ) là hệ thốngnhiên liệu diesel, điều khiển bằng điện tử, kết hợp với sự điều khiển bằng thủy lực,nhằm tạo ra một áp suất cao cho nhiên liệu trước khi được phun vào buồng cháy, tạo

ra sự phun sương và cháy kiệt của nhiên liệu Hơn nữa, vì việc phun này không phụthuộc vào tốc độ động cơ, nên nó đã vượt lên trên những hạn chế của hệ thống bơmBosch truyền thống, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và cải thiện quá trình vận hành,tăng độ tin cậy

Hệ thống nhiên liệu HEUI mới chỉ ra đời cách đây hơn một thập kỷ, và nóthường được dùng cho các tàu quân sự, xe tải cỡ lớn, sử dụng nhiều trong xây dựng,khai khoáng, giao thông vận tải…, ngày nay trong quá trình hội nhập ở nước ta hệthống nhiên liêu HEUI được sử dụng ngày càng rộng rãi cho các loại tàu khác nhau

Với mục đích tổng hợp lại những kiến thức được học và tìm hiểu những cảitiến trên hệ thống nhiên liệu diesel, em được giao thực hiện đề tài:

“ Nghiên cứu hệ thống điều khiển tác động phun nhiên liệu bằng điện thuỷ lực của động cơ 3412E lắp trên tàu cao tốc ”

2 MỤC ĐÍCH.

- Tổng hợp lại những kiến thức đã học, đồng thời nghiên cứu, tìm hiểu nhữngcải tiến về kỹ thuật cũng như công nghệ đối với các hệ thống thống nhiên liệu điện tửhiện nay Cụ thể là hệ thống nhiên liệu HEUI của hang Caterpillar

- Có thể làm tài liệu tham khảo cho các em sinh viên khoá sau học chuyênngành máy tàu thuộc khoa Đóng Tàu của trường

3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU.

4 Ý NGHĨA THỰC T Ế CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU.

+ Nghiên cứu trên lý thuyết

- Tìm hiểu về tàu, các thông số kỹ thuật cơ bản

- Các thông số cơ bản của động cơ 3412E lắp trên tàu cao tốc.

- Hệ thống nhiên liệu HEUI: Nguyên lý làm việc, các kết cấu và chi tiếtchính của hệ thống

- Cách sử dụng phần mềm ET trong chuẩn đoán hư hỏng của động cơ3412E

+ Nghiên cứu thực tế trên động cơ

4 Ý NGHĨA THỰC TẾ CỦA ĐỀ TÀI.

Giúp có những hiểu biết cơ bản về các hệ thống nhiên liệu điện tử đang dầnđược sử dụng rộng rãi hiện nay, từ đó tạo tiền đề cho việc tìm hiểu sâu hơn và tiếpcận nhanh hơn, thuận lợi hơn sau khi tốt nghiệp và làm việc trực tiếp với những hệthống này

3 Phương pháp và phạm vi nghiên cứu 10

4 Ý nghĩa thực tế của đề tài nghiên cứu 10

1.1 Giới thiệu chung vê tàu METEOOR II 111.1.1 Giới thiệu chung vê tàu METEOOR II 11

1.1.2.3 Tổ bơm hút khô, dằn, chữa cháy 13

Chương 2 Giới thiệu chung về hệ thống nhiên liệu HEUI 24

2.3 Ưu điểm của hệ thống nhiên liệu HEUI 262.4 So sánh hệ thống nhiên liệu HEUI với hệ thống 28nhiên liệu sử dụng bơm Bosch truyền thống

Chương 3 Cấu tạo và hoạt động của hệ thống nhiên liệu HEUI 30

3.2 Khái quát hoạt động của các thành phần trong hệ 32thống nhiên liệu HEUI

3.3.2.2 Điều khiển áp suất dầu tác động 42

3.4.2 Hoạt động của van IAP khi tắt động cơ 523.4.3 Hoạt động của van IAP khi động cơ khởi động 523.4.4 Lưu lượng dầu khi động cơ khởi động 543.4.5 Hoạt động của van IAP khi động cơ hoạt động 553.4.6 Lưu lượng dầu khi động cơ hoạt động 573.5 Các chi tiết cấu thành của vòi phun HEUI 58

3.5.5 Xi lanh 61

3.7 Một số chi tiết khác trang bị trên hệ thống 67

Chương 4 Chương trình ET chuẩn đoán hư hỏng của động 72

cơ 3412E

4.2 Các bước chuân đoán hư hỏng của động cơ bằng 73

hệ thống ET4.3 Cách phát hiện và khắc phục các hư hỏng của các 80nhân viên kỹ thuật

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU METEOOR II

1.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU METEOOR II.

Tàu METEOOR II ký hiệu TCN-01/07 là tàu cao tốc, cánh ngầm chở kháchchạy trên sông ngòi, vịnh kín, hồ, đầm, được thiết kế Lập hồ sơ thoả mãn Quy phạmphân cấp và đóng tàu thuỷ cao tốc TCVN 6451-2005

Buồng máy của tàu được bố trí từ Sn03 đến Sn13 Trên tàu bố trí một máychính lai trực tiếp 01 đường trục độc lập Ngoài ra trên tàu còn bố trí một số bơm, két

và các trang thiết bị phục vụ cho hệ thống động lực của tàu

Các kích thước chủ yếu của tàu :

- Chiều dài lớn nhất : Lmax = 21,32 [m]

- Chiều dài thiết kế : L = 18,88 [m]

Tàu được bố trí 01 máy chính 3412E do hãng Caterpillar của Mỹ sản xuất.Đây là động cơ diesel 4 kỳ, 12 xilanh xếp 2 hàng chữ V, làm mát bằng nước giántiếp, khởi động bằng điện, đảo chiều bằng hộp số.

Các thông số cơ bản của tổ máy thuỷ :

Các thiết bị gắn sẵn trên máy :

- Bơm nước ngoài tàu làm mát : Q = 15 [m3/h]

- Bơm nước ngọt làm mát tuần hoàn : Q = 12 [m3/h]

- Máy phát điện một chiều 24V-1,2kW

- Mô tơ khởi động 24V-11kW

- Bơm dầu bôi trơn

Động cơ điện lai :

1.1.2.7 Bình bọt chữa cháy A-B.

- Ký hiệu : A-B 9 lit

1.1.4 CÁC HỆ THỐNG.

1.1.4.1 Hệ thống dầu đốt.

Dầu đốt được cấp từ ngoài tàu vào 02 két dầu đốt dự trữ qua ống cấp dầu trênboong Kiểm tra mức dầu trong các két dầu đốt dự trữ bằng các ống thuỷ có van tựđóng Mỗi két dầu có ống thông hơi dẫn lên boong chính có lưới phòng cháy và thiết

Nước ngọt di chuyển trong vòng tuần hoàn kín từ bơm làm mát nước ngọt gắntrên máy được đưa đến bầu làm mát dầu nhờn sau đó đi làm mát các chi tiết máy Saukhi ra khỏi máy nước ngọt làm mát qua van điều chỉnh nhiệt độ tại đầu vào của sinhhàn nước ngọt, tại đây nước ngọt được chia làm 2 đường, một phần đi thẳng về cửahút của bơm, một phần đi qua sinh hàn nước ngọt, tuỳ theo nhiệt độ nước làm mát khi

ra khỏi máy mà van điều chỉnh nhiệt độ khống chế lượng nước qua sinh hàn nướcngọt.

Việc bổ sung nước ngọt nhờ két nước giãn nở đặt rời bên ngoài

Diesel phụ được làm theo kiểu bốc hơi lắp hoàn chỉnh trên máy

1.1.4.3 Hệ thống dầu nhờn.

Máy chính được bôi trơn bằng dầu nhờn áp lực tuần hoàn kiểu cácte ướt Dầunhờn từ cácte máy được bơm dầu nhờn tuần hoàn hút qua miệng hút có lưới lọc đưaqua bầu lọc tinh, qua sinh hàn dầu rồi đưa vào bôi trơn các chi tiết, bộ phận chuyểnđộng trong máy như trục cơ, trục cam, cơ cấu phối khí, trục bơm cao áp Sau khi bôitrơn xong dầu tự chảy xuống đáy cácte, thực hiện xong một vòng bôi trơn tuần hoànkín Toàn bộ hệ thống được nhà chế tạo gắn sẵn trên máy

Trước khi khởi động máy sử dụng bơm tay dầu nhờn hút dầu từ két tuần hoànđưa tới bôi trơn trước các bề mặt ma sát, sau đó mới tiến hành khởi động máy

Máy phụ được bôi trơn theo kiểu văng té

1.1.4.4 Hệ thống chữa cháy.

Nước chữa cháy cho tàu được bơm chữa cháy hoặc bơm hút khô dằn hút nước

từ đường ống chung đưa đến các họng chữa cháy (ba họng trên boong chính, haihọng trong buồng máy) Tại vị trí các họng chữa cháy được bố trí các hộp đựng ốngvải tráng cao su và các lăng phun cầm tay có đường kính lỗ thông Dy12, chiều dàicủa vòi rồng chữa cháy là 20 m trên boong chính, và 10 m trong buồng máy

Ngoài ra trong buồng máy bố trí thêm 01 bình chữa cháy CO2 (loại 10 lít )xách tay, 02 bình bọt AB 10 lit

1.1.4.5 Hệ thống hút khô - dằn.

Buồng máy và các khoang trống trên tàu được hút khô bằng bơm hút khô dằnchữa cháy Các bơm này hút nước đọng trong các khoang qua các miệng hút mộtchiều rồi xả ra ngoài mạn tàu qua van ngắt1 chiều

Trong buồng máy bố trí hai miệng hút khô ở gần tâm tàu và có hộp xả cặn vềphía trước và sau buồng máy

Hút khô sự cố buồng máy : Sử dụng bơm nước sông làm mát máy chính làmbơm hút khô sự cố buồng máy thông qua miệng hút nối trực tiếp với cửa hút của bơm

và van chặn một chiều có tay van đặt cao hơn sàn buồng máy và có chỉ dẫn hút khô

Khí xả ra khỏi máy chính, diesel phụ được dẫn lên trên nóc tàu qua bầu giảm

âm, đầu ống khí xả bố trí thiết bị chặn nước

Bề mặt ngoài của ống khí xả được bọc cách nhiệt bằng bông gốm sao cho nhiệt

độ bên ngoài của ống khí xả không lớn hơn 600

1.1.4.8 Hệ thống thông tin liên lạc.

Máy chính được điều khiển tại chỗ trong buồng máy và ở trên buồng lái thôngqua thiết bị điều khiển đồng bộ tay ga tay số giữa buồng lái và buồng máy Quan sáttrong buồng máyqua một màn hình đặt trên buồng lái

1.1.4.9 Hệ thống khởi động.

Máy chính được khởi động bằng điện do 04 ắc quy loại 24V-180Ah Ắc quyđược nạp bổ xung nguồn điện bằng thiết bị nạp gắn trên động cơ

1.1.4.10 Hệ thống ngăn ngừa ô nhiễm.

Dầu bẩn rò rỉ từ các thiết bị bơm dầu đốt, bơm dầu nhờn, phin lọc dầu, máychính, máy phụ, các van trên đường ống của hệ thống dầu đốt, dầu từ các két chứadầu khi vệ sinh két được đưa về két dầu bẩn thông qua các khay hứng dầu rò rỉ vàđường ống dẫn Dầu từ két dầu bẩn được bơm dầu bẩn bơm lên các phương tiện tiếpnhận trên bờ thông qua các bích tiêu chuẩn trên boong chính khi tàu cập bến

1.2.1 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ

+ Động cơ điện tử thủy lực HEUI

+ Suất tiêu hao nhiên liệu: 160,31 g/ml.h (229,5 l/h)

+ Khối lượng tổng cộng của động cơ: 2533 (kg)

+ Khối lượng nhóm piston: 3,2 kg

+ Khối lượng nhóm thanh truyền: 3,9 kg

+ Cụm vòi phun nhiên liệu tác động bằng thủy lực, điều khiển bằng điện tử + Động cơ có tăng áp tuabin máy nén

1.2.2 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ 3412E.

Hình 1.4 : Kết cấu cơ bản của động cơ.

1 - Cơ cấu xoay xupáp 6 - Má trục khuỷu

5 - Bộ làm mát dầu 10 - Đường nước làm mát xilanh

Động cơ tạo ra công suất và hoạt động tin cậy là nhờ có:

+ Sự phun nhiên liệu ở áp suất cao

+ Quá trình điều khiển điện linh hoạt

+ Các piston với 3 xéc măng được làm mát bởi các tia dầu động cơ

Hệ thống nhiên liệu HEUI phun nhiên liệu áp suất cao và phun trực tiếp Hệthống này điều khiển bằng điện dựa trên tín hiệu đầu ra của các cảm biến, làm chođộng cơ hoạt động một cách tối ưu Hệ thống HEUI có ưu thế hơn nhiều hệ thống

nhiên liệu khác, chính là khả năng điều chỉnh áp suất phun một cách độc lập trongmọi dải làm việc của động cơ Điều này cho phép quá trình điều khiển thời gian phunhợp lý hơn, hoàn hảo hơn Kỹ thuật điều chỉnh tốc độ, thay đổi nhiệt, giảm bớt cácthành phần khí thải một cách đáng kể gây ô nhiễm môi trường và khử bớt tiếng ồn.Khí thải sẽ giảm nhiều bằng quá trình điều khiển chính xác số lượng nhiên liệu vàthời điểm phun Quá trình này được điều chỉnh nhờ bộ điều khiển điện tử ECM

Hình 1.5 : Bộ điều khiển điện tử ECM

Bộ điều khiển điện ECM điều chỉnh mọi hoạt động của động cơ về tốc độ,công xuất cũng như hiệu suất Nhân viên kỹ thuật có thể kết nối với ECM để canthiệp hoặc chẩn đoán sửa chữa một cách dễ dàng

Các bộ phận khác:

- Bộ giải nhiệt khí nạp: Làm mát không khí nạp và giảm ứng suất nhiệt mà cóthể gây ra sự mòn nhanh chóng của piston, xéc măng và ống lót xi lanh

- Đường áp suất phun cao: Áp suất phun này không phụ thuộc vào tốc độ động

cơ, giảm được lượng khí thải độc hại, trong khi đó vẫn tăng được khả năng hoạt động Hơn nữa, vì thời điểm phun và khoảng thời gian phun có thể thay đổi được nên

có thể tiết kiệm được nhiên liệu, cải thiện được tính khởi động lạnh của động cơ, giảm tiếng ồn và giảm đáng kể lượng khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường Các chi tiết cơ khí ít hơn nên cải thiện được độ tin cậy Sự điều khiển điện động cơ 3412E

sẽ có nhiều ưu thế sau:

+ Khả năng chạy không tải thấp được nâng lên

+ Cải thiện được tính năng khởi động ở những vùng có thời tiết giá lạnh

+ Khả năng chẩn đoán được nâng cao

+ Khi tăng ga ở trạng thái khởi động sẽ giảm được sự mài mòn động cơ

- Các piston được làm mát bằng dầu khắp chiều dài của nó và các ống lót xilanh được làm mát bằng nước Việc làm mát này làm cho hiệu suất truyền nhiệt đi làlớn nhất, làm tăng tuổi thọ cho động cơ

- Làm mát dầu động cơ : Làm mát dầu sẽ duy trì cho nhiệt độ dầu ở trạng thái

ổn định tối ưu, đảm bảo cho dầu không quá loãng và làm cho dầu không bị mất chứcnăng làm mát của nó Dầu động cơ làm mát nhờ bộ tản nhiệt nhiều hàng Truyềnđộng quạt thủy tĩnh làm các đường làm mát đạt tiêu chuẩn với nhiệt độ đạt được là

1100F

CHƯƠNG 2

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU HEUI

2.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG.

Hình 2.1 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu HEUI.

1 - Bơm thủy lực ép vòi phun 16 - Lọc thô nhiên liệu

2 - Đường dầu bôi trơn vào động cơ 17 - Lọc tách nước

3 - Phin lọc đầu 18 - Cảm biến nhiệt độ dầu

5 - Vòi phun 20 - Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

6 - Sinh hàn dầu 21 - Cảm biến mức nước làm mát

7 - Van điện từ điều khiển áp suất 22 - Cảm biến áp xuất dầu

tác động phun (Van điều khiển IAP) 23 - Cảm biến áp xuất nhiên liệu

8 - Cảm biến IAP 24 - Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

9 - Bơm chuyển nhiên liệu 25 - Cảm biến áp suất khí quyển

10 - Lọc tinh nhiên liệu 26 - Cảm biến vi trí tay ga

11 - Đường nhiên liệu chính 27 - Cáp dữ liệu

12 - Thùng nhiên liệu 28 - Đèn cảnh báo

13 - Điều áp nhiên liệu 29 - Đèn chẩn đoán

14 - Bánh răng thời điểm 30 - Bộ điều khiển điện tử ECM

2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG.

- Đường nhiên liệu: Nhiên liệu từ thùng chứa (12) qua bộ tách nước (17), lọcthô (16), bơm chuyển nhiên liệu (9), lọc tinh nhiên liệu (10) đi tới khoang chờ sẵn ởtrong các vòi phun

- Đường dầu bôi trơn cung cấp cho các vòi phun: Dầu từ khoang chứa dầu chialàm hai nhánh, một nhánh đi bôi trơn động cơ, một nhánh qua bơm thủy lực (1) đểtạo áp suất kích thích tới các vòi phun

- Dưới sự điều khiển của bộ điều khiển điện ECM, làm dịch chuyển van điện từnằm ở trong vòi phun, van này dịch chuyển sẽ mở cửa nạp và cửa xả, dầu bôi trơn sẽtác động vào các piston khuếch đại và piston plunger Các piston này sẽ nén nhiênliệu đã chờ sẵn ở trong khoang vòi phun lên áp suất rất cao phục vụ quá trình phun

2.3 ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU HEUI.

- Ở hệ thống nhiên liệu HEUI phun nhiên liệu được điều khiển bởi bộ điềukhiển điện ECM Bộ ECM sẽ điều chỉnh van điện từ thực hiện đóng mở, để dẫn dầubôi trơn áp suất cao đi vào vòi phun, dầu này tác động lên piston khuếch đại và pistonplunger, và nén nhiên liệu lên áp suất rất cao

- Hệ thống HEUI điều khiển điện tử áp suất phun nhiêu liệu: Khả năng duynhất này có nghĩa là sự điều khiển áp suất phun độc lập hoàn toàn với tốc độ trụckhuỷu Áp suất phun cao nhất có thể đạt được, dưới điều kiện có lực kéo mạnh và khảnăng đạt được gia tốc tốt, cung cấp nhiên liệu tiết kiệm hơn, vận động phản ứng lạitốt hơn và giảm khí thải độc hại

- Hệ thống HEUI có vòi phun sử dụng năng lượng thủy lực ( trái ngược vớinăng lượng cơ học truyền từ trục cam ) từ dầu bôi trơn của động cơ được điều áp cho

sự phun Áp suất đường dầu vào là (800  3300 psi) hay (5,516  22,7535 MPa)

hay (54,42  224,49 atm), điều khiển tỉ lệ phun, trong khi lượng nhiên liệu phunđược xác định bằng bộ ECM.

- Ta biết rằng ECM được làm rất tinh vi và chính xác trên bản mạch máy tính,đặt thứ tự phun nhiên liệu và điều khiển các hệ thống khác của động cơ HEUI hoạtđộng mạnh mẽ bởi một tín hiệu điện được tạo ra trong ECM Dùng dữ liệu nhập từnhiều cảm biến, bộ đôi mạch vi xử lý của ECM sử dụng phần mềm chuyên dụng vàkhách hàng được cung cấp các thông số hoạt động, để tạo ra hiệu suất động cơ lớnnhất, dưới một vài điều kiện

- Hệ thống HEUI tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn hệ thống cơ khí là 2,7% nhiênliệu

- Từ việc hoạt động của bơm HEUI không phụ thuộc vào tốc độ động cơ, nó cóthể giữ được áp suất phun cao qua phạm vi hoạt động rất rộng Điều khiển áp suấtnhờ điện tử, giúp cho hệ thống cải thiện được lượng khí thải và khả năng hoạt độngcủa động cơ ở tốc độ thấp

- Có 3 nhân tố quan trọng dẫn đến sự hoạt động tốt của động cơ sử dụng hệthống nhiên liệu HEUI là:

+ Tốc độ điều khiển: Tốc độ phun có thể được điều khiển để khớp với điềukiện hoạt động của động cơ, vì HEUI có bộ thủy lực hoạt động tốt hơn bộ cơ khíthông thường, tốc độ phun của nó không phụ thuộc vào tốc độ động cơ

+ Điều khiển phun nhiên liệu chính xác:

 Cả sự bắt đầu và kết thúc phun đều được điều khiển bằng điện

 Không giới hạn như bộ phun điều khiển điện cơ khí thông thường, Pittông(plunger) của HEUI không dịch chuyển cho đến khi lõi Solenoid được kích hoạt + Áp suất phun cao hơn:

 Một pittông khuếch đại ở trong hệ thống HEUI làm tăng lên nhiều lần lựctruyền xuống pittông Plunger

 Áp suất phun được điều khiển trong phạm vi 3000 Psi đến 21000 Psi

 Áp suất cao này có giá trị suốt phạm vi hoạt động của toàn bộ động cơ, ởkhông tải cũng như tải cao hay tốc độ cao của động cơ

- Việc phun nhiên liệu được điều khiển bởi bộ ECM ( Electronic ControlModule ), bộ ECM hoạt động cực kỳ chính xác, nó tiến hành đo nhiên liệu và điềukhiển thời điểm phun hợp lý Kết quả là làm cho động cơ hoạt động tốt và tính kinh tếphù hợp.

- Hệ thống HEUI được làm tinh vi ở kỹ thuật cao, sử dụng năng lượng thủy lựcthay vì dùng công cơ khí để phun nhiên liệu

2.4 SO SÁNH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU HEUI VỚI HỆ THỐNG BƠM BOSCH TRUYỀN THỐNG.

- Với hệ thống nhiên liệu dùng bơm Bosch việc phun nhiên liệu phụ thuộc vàotốc độ động cơ, trong khi đó ở hệ thống nhiên liệu HEUI thì hoàn toàn không phụthuộc vào tốc độ động cơ Hệ thống HEUI quá trình phun nhiên liệu được điều khiểnbằng điện tử, còn hệ thống bơm Bosch quá trình này chỉ là điều khiển cơ khí đơnthuần

- Muốn điều khiển lượng nhiên liệu cung cấp, bơm Bosch phải chuyển dịchthanh răng bơm cao áp, qua đó làm xoay piston của bơm Nên vấn đề đặt ra ở đây làcần phải giảm lực cản tới mức nhỏ nhất khi kéo thanh răng Người ta đã dùng hai giảipháp sau: Thứ nhất, giảm bán kính mặt tiếp xúc giữa đuôi piston bơm cao áp vàbulông con đội Thứ hai là đặt phần tán của đuôi piston nằm gọn trong phần khoétlõm của đĩa dưới lò xo bơm cao áp, tạo ra một khe hở nhỏ giữa đuôi piston và đầubulông con đội Nhờ đó piston bơm cao áp được xoay nhẹ nhàng trong khoảng thờigian giữa hai lần cung cấp nhiên liệu liền nhau của cùng một tổ bơm (trong cụm bơmcao áp có 6 tổ bơm thì thời gian mà áp suất nhiên liệu đẩy piston tỳ lên bulông conđội gây cản đối với chuyển dịch của thanh răng chỉ chiếm khoảng 25%)

- Hệ thống HEUI có sự khởi động linh hoạt của việc phun nhiên liệu với quátrình phun ban đầu và quá trình phun cuối, bơm Bosch thì không có khả năng này

- Dùng bơm Bosch truyền thống thì còn gây ô nhiễm môi trường, nhưng với hệthống HEUI thì quá trình xử lý khí thải có thể được kết hợp một cách tối ưu với côngsuất và hiệu suất động cơ

- Nhờ phun ở áp suất cao hơn so với hệ thống bơm Bosch, mà nhiên liệu ở hệthống HEUI tơi hơn và dễ bay hơi hơn dẫn đến cháy kiệt hơn.

- Ở hệ thống HEUI thì không có trục cam đẫn động piston bơm cao áp

- Trong hệ thống nhiên liệu sử dụng bơm Bosch truyền thống thì toàn bộđường nhiên liệu của hệ thống là áp suất cao Còn với HEUI, nhiên liệu thì ở áp suấtthấp cho đến khi nó được phun vào trong xi lanh Áp suất nhiên liệu được tạo ra bằngnăng lượng cao áp của dầu bôi trơn được điều khiển bởi bộ ECM

Hệ thống nhiên liệu HEUI là hệ thống đại diện cho một trong những sáng kiếnquan trọng nhất cho động cơ diesel trong 10 năm gần đây HEUI vượt lên trên nhiều

sự hạn chế của hệ thống phun nhiên liệu bằng cơ khí và hệ thống điều khiển điệnthông thường Nó mang đến những tiêu chuẩn mới về độ tin cậy trong sử dụng nhiênliệu và xử lý khí thải của động cơ đạt hiệu quả

Hình 2.2: Đặc tính cung cấp nhiên liệu của hệ thống nhiên liệu HEUI

CHƯƠNG 3 CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NHIÊN

LIỆU HEUI

3.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU HEUI.

Hình 3.1 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu HEUI

1 - Bơm thủy lực ép vòi phun 16 - Lọc thô nhiên liệu

2 - Đường dầu bôi trơn vào động cơ 17 - Lọc tách nước

3 - Phin lọc đầu 18 - Cảm biến nhiệt độ dầu

5 - Vòi phun 20 - Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

6 - Sinh hàn dầu 21 - Cảm biến mức nước làm mát

7 - Van điện từ điều khiển áp suất 22 - Cảm biến áp xuất dầu

tác động phun (Van điều khiển IAP) 23 - Cảm biến áp xuất nhiên liệu

8 - Cảm biến IAP 24 - Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

9 - Bơm chuyển nhiên liệu 25 - Cảm biến áp suất khí quyển

10 - Lọc tinh nhiên liệu 26 - Cảm biến vi trí tay ga

11 - Đường nhiên liệu chính 27 - Cáp dữ liệu

12 - Thùng nhiên liệu 28 - Đèn cảnh báo

13 - Điều áp nhiên liệu 29 - Đèn chẩn đoán

14 - Bánh răng thời điểm 30 - Bộ điều khiển điện tử ECM

15 - Cảm biến thời điểm 31 - Bình ắc quy.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun nhiên liệu thuỷ lực điện tử (HEUI) tậndụng năng lượng thuỷ lực để khuyếch đại lực phun nhiên liệu vào buồng đốt của động cơ Hệ thống HEUI tự điều chỉnh hoàn toàn trong quá trình làm việc Không thểđiều chỉnh bằng cơ khí tới các bộ phận của hệ thống Các phần mềm trong hộp đen (ECM) (30) sẽ điều khiển hiệu xuất làm việc của hệ thống

Hệ thống nhiên liệu này bao gồm 6 bộ phận chính :

- Kim phun điều khiển điện tử (HEUI) (5)

- Hộp đen điều khiển động cơ (ECM) (30)

- Bơm thuỷ lực ép vòi phun (1)

- Van điện từ điều khiển áp suất tác động phun (7)

- Bơm chuyển nhiên liệu (9)

- Cảm biến áp suất tác động phun (8)

3.2 KHÁI QUÁT HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU HEUI.

3.2.1 Cụm vòi phun điều khiển điện tử tác động bằng thủy lực (Hydraulic Electronic Unit Injector)

Hệ thống nhiên liệu HEUI là một hệ thống điện tử tác động bằng thủy lực điềukhiển cụm vòi phun (5)

Như chúng ta thấy việc cung cấp chính xác lượng nhiên liệu sẽ quyết định tínhnăng hoạt động cũng như hiệu suất của động cơ Hầu hết hệ thống nhiên liệu củađộng cơ diesel đều dùng bộ đôi piston plunger và xilanh để bơm nhiên liệu với ápsuất cao vào buồng đốt Trục cam của bơm phun nhiên liệu là đặc trưng để cung cấpmột lực cơ khí tới piston plunger Bộ piston plunger sẽ bơm một lượng nhiên liệuthích hợp vào buồng đốt Đối với hệ thống HEUI này thì sử dụng bơm thuỷ lực đểnâng áp suất dầu bôi trơn động cơ cung cấp lực tác động tới piston plunger Thời

điểm phun nhiên liệu được điều khiển chính xác bằng điện tử dưới sự kiểm soát bởihộp đen của động cơ

Hệ thống nhiên liệu HEUI này dùng bơm thuỷ lực được dẫn động bởi động cơ

Nó nén dầu bôi trơn động cơ từ 10 MPa (1450 psi) tới 23 MPa (3350 psi) để tác độngtới vòi phun Hệ thống này làm việc giống như một xilanh thuỷ lực Một piston trongvòi phun được sử dụng để tiếp nhận năng lượng thủy lực do bơm cung cấp Pistonnày sẽ chuyển năng lượng thuỷ lực thành lực cơ khí tác dụng trực tiếp vào bộ pistonplunger của vòi phun Sau đó bộ piston plunger khuếch đại lực cơ khí này và chuyển

nó thành áp suất thuỷ lực đặt lên nhiên liệu nằm trong khoang của vòi phun Bằng sựkhuếch đại lực của dầu có áp suất cao được cung cấp bởi bơm thuỷ lực của hệ thốngHEUI, nó tạo ra áp suất phun cần thiết để hoàn thành phun tơi hoàn toàn nhiên liệu,tạo hiệu suất cao cho quá trình cháy

Bơm thuỷ lực ép vòi phun sử dụng dầu động cơ để cung cấp áp suất thuỷ lựctới vòi phun Áp suất thuỷ lực này được gọi là áp suất tác động phun Áp suất tácđộng phun của dầu tạo ra áp suất phun cao trong mỗi vòi phun Áp suất phun này lớnhơn áp suất tác động phun khoảng 6 lần Áp suất bên trong hệ thống được khuếch đạibởi bộ piston khuếch đại bên trong vòi phun

Áp suất tác động phun thấp dẫn đến áp suất phun thấp Trong điều kiện tốc độđộng cơ thấp như chế độ không tải thấp và khởi động, bơm thuỷ lực ép vòi phun sinh

ra áp suất tác động phun thấp dẫn đến áp suất phun thấp

Áp suất tác động phun cao dẫn đến áp suất phun cao Trong điều kiện tốc độđộng cơ cao như chế độ không tải cao và quá trình tăng tốc, bơm thuỷ lực ép vòiphun sinh ra áp suất tác động phun cao dẫn đến áp suất phun cao

Một vài điều kiện làm việc khác khi áp suất phun dao động trong khoảng thấpnhất và cao nhất Hệ thống HEUI vẫn cung cấp áp suất phun nhiên liệu tối ưu màkhông phụ thuộc vào tốc độ của động cơ

3.2.2 Bộ điều khiển điện tử ECM ( Hộp đen ECM ).

Hình 3.2 : Mặt trước, mặt sau, bên trong của hộp đen

Hộp đen ECM (30) được gá trực tiếp trên động cơ Hộp đen ECM hoạt độnggiống như một máy tính giám sát mọi hoạt động của động cơ bằng điện tử thông quacác cảm biến điện tử trên động cơ Phần mềm dữ liệu trong hộp đen sẽ kiểm soátlượng phun nhiên liệu của động cơ, áp suất phun và thời điểm phun Hộp đen cũngbao gồm cả biểu đồ hiệu xuất, công xuất của động cơ, đường cong mô men, và tốc độvòng quay lưu trữ trong các phần mềm

Ngày nay một số động cơ hiện đại yêu cầu dùng hộp đen ECM, khi đó hộp đen

có thể được cài đặt lại chương trình trong các file dữ liệu Máy tính điện tử có thểdùng để lập trình cho hộp đen Máy tính dùng chương trình flash để đưa phần mềmmới vào trong hộp đen

Hộp đen cũng được sử dụng để ghi lại những lỗi có thể xuất hiện trong động

cơ Mỗi một lỗi này thường xảy ra khi mà một trong các cảm biến của động cơ nhận thấy một thông số nằm ngoài dải hoạt động bình thường Máy tính điện tử có thể kết nối với hộp đen để kiểm tra và chẩn đoán các lỗi trong hệ thống điện, điện tử cũng như kiểm tra tình trạng và các thông số hoạt động của động cơ, hoạt động của các vòiphun

3.2.3 Bơm thuỷ lực vòi phun.

Bơm thuỷ lực vòi phun (1) là loại bơm thuỷ lực áp suất cao, nó được lắp ở phíatrước của động cơ Bơm thuỷ lực vòi phun là loại bơm piston hướng trục có thể thayđổi được lưu lượng bằng cách thay đổi góc nghiêng của đĩa nghiêng Bơm được dẫnđộng bởi bộ bánh răng phía đầu động cơ Bơm thuỷ lực ép vòi phun sử dụng mộtphần dầu bôi trơn của động cơ để cung cấp cho hệ thông nhiên liệu HEUI Bơm nàynén áp suất dầu bôi trơn động cơ để tạo ra áp suất tác động phun chính xác cung cấpcho các vòi phun

3.2.4 Van điều khiển áp suất tác động phun (Van điều khiển IAP)

Van điều khiển áp suất tác động phun (Van IAP) (7) được đặt phía bên cạnh của bơm thuỷ lực ép vòi phun (1) Cụm van điều khiển áp suất điều khiển lưu lượng dầu ra của bơm thuỷ lực, và nó cũng điều khiển cả áp suất bơm

Cụm van điều khiển áp suất gồm có 3 chi tiết sau :

- Van điều khiển áp suất tác động phun

- Cụm van bù áp

- Đế van

Cụm van bù áp gồm 3 bộ phận chính :

- Con trượt cảm biến tải

- Con trượt giới hạn áp suất

- Van một chiều

Con trượt cảm biến tải điều khiển lưu lượng dầu đi tới piston điều khiển Pistonđiều khiển sẽ điều khiển đĩa nghiêng Góc nghiêng của đĩa nghiêng quyết định ápsuất của bơm

Trong trường hợp có một sự cố của bơm, con trượt giới hạn áp suất sẽ đóng vai trònhư một van an toàn Sự cố của bơm sẽ là nguyên nhân gây ra áp suất tăng lên caohơn áp suất được cài đặt Con trượt giới hạn áp suất là loại van an toàn một lò xochịu tải, Van này sẽ mở ở một áp suất đã được đặt trước Khi van mở, áp suất dầu cao

sẽ được đưa tới piston điều khiển Dưới tác dụng của dầu, piston điều khiển sẽ đẩyđĩa nghiêng của bơm giảm dần góc nghiêng, khi đó lưu lượng dầu sinh ra từ bơm sẽgiảm

Van một chiều làm việc kết hợp cùng với con trượt giới hạn áp suất Van nàycũng cho phép dầu có áp suất cao đi tới piston điều khiển khi con trượt giới hạn ápsuất được mở Van một chiều đóng hoàn toàn trong suốt thời gian này

Van điều khiển IAP là một van điều khiển bằng điện từ thông qua cuộn Vanđiều khiển IAP làm việc cùng lúc với con trượt cảm biến tải điều khiển áp suất ra củabơm ép vòi phun Trên thực tế van điều khiển IAP là một van an toàn điều chỉnh ápsuất bằng điện từ Van điều khiển IAP thay đổi tín hiệu điện từ ECM thành điềukhiển cơ khí của van con trượt để điều chỉnh áp suất ra của bơm

Trong một vài trường hợp, bơm thủy lực vòi phun sinh ra dòng dầu vượt quágiới hạn về lưu lượng Van điều khiển IAP chỉ thị cho con trượt cảm biến tải thay đổilưu lượng dầu tới piston điều khiển để điều chỉnh áp suất tác động phun cho đúng ápsuất mong muốn Van điều khiển IAP là một van điện từ với độ chính xác cao Vanđiều khiển IAP được sử dụng để điều khiển áp suất tác động phuncần thiết để cungcấp tới các vòi phun Các biểu đồ hiệu xuất là chương trình bên trong ECM bao gồm

áp suất tác động mong muốn của mọi điều kiện hoạt động của động cơ ECM dùngdòng điện để giám sát van điều khiển IAP Dòng điện điều khiển dùng để thay đổi tácđộng của cuộn solenoid để mà duy trì áp suất tác động phun thực tế cho gần với ápsuất tác động mong muốn được mặc định bởi ECM

3.2.5 Bơm chuyển nhiên liệu.

Bơm chuyển nhiên liệu (9) được lắp phía sau bơm thuỷ lực ép vòi phun (1).Đầu tiên bơm chuyển nhiên liệu hút dầu từ thùng nhiên liệu (12) Sau đó nó phải đảmbảo cung cấp đủ lưu lượng cho hệ thống nhiên liệu thấp áp để duy trì áp suất của hệthống một cách liên tục Bình thường chế độ áp của hệ thống nhiên liệu thấp ápthường vào khoảng 310 kPa (45 psi) và 450 kPa (65 psi) Nhiên liệu được tăng áp nàyđược cấp liên tục cho các vòi phun (5)

Bơm chuyển nhiên liệu là loại bơm bánh răng không thay đổi lưu lượng Bơmnày bao gồm một van an toàn Van này được mở ở áp suất xấp xỉ 630 kPa (91 psi)

Dòng lưu lượng áp suất cao từ van này đi đến một đường dẫn ở bên trong, từ phíangoài của bơm Đường dẫn bên trong này đưa nhiên liệu hồi về phía cửa nạp của bơmnhiên liệu.

3.2.6 Cảm biến áp suất tác động phun (Cảm biến IAP)

Cảm biến IAP (8) giám sát áp suất tác động phun Đường dẫn dầu chính cungcấp dầu tác động tới các vòi phun với một lưu lượng liên tục Dầu này được sử dụng

để kích hoạt các vòi phun Cảm biến IAP được lắp trên đường dầu áp suất cao và nógiám sát áp suất dầu trong đường ống dầu chính ECM liên tục giám sát sự thay đổi

áp suất thông qua cảm biến IAP từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển cho hệ thống nhiênliệu của động cơ

3.3 HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU HEUI.

3.3.1 Hệ thống nhiên liệu thấp áp.

Hình 3.3 : Hệ thống nhiên liệu thấp áp

Hệ thống nhiên liệu thấp áp bao gồm các thành phần chính sau :

9 - Bơm chuyển nhiên liệu 13 - Điều áp nhiên liệu

10 - Lọc tinh nhiên liệu 16 - Lọc thô nhiên liệu

11 - Đường nhiên liệu chính 17 - Bộ tách nước.

Hệ thống nhiên liệu thấp áp đáp ứng 4 chức năng cơ bản :

- Hệ thống này cung cấp nhiên liệu vào buồng đốt của động cơ thông qua cácvòi phun (5)

- Cung cấp thêm dòng nhiên liệu để làm mát cho các vòi phun

- Dòng nhiên liệu cung cấp thêm sẽ đẩy khí ra khỏi hệ thống

- Hệ thống cũng cung cấp nhiên liệu để làm mát hộp đen ECM

Nhiên liệu được hút từ thùng nhiên liệu (12) và đi qua bộ tác nước (17) Bộtách nước sẽ tách các hạt bẩn có kích thước từ (1530)m Bộ tác nước sẽ lọc mộtlượng lớn những cặn bẩn trong nhiên liệu Nó cũng có khả năng tách ra và chứa với

số lượng lớn những phần tử nước có trong nhiên liệu Khi bộ lọc thô (16) được trang

bị, thì dòng nhiên liệu sẽ được đưa qua được đưa qua đó Lọc thô nhiên liệu dùng đểlọc nhiên liệu trước khi đi vào bơm chuyển nhiên liệu

Tiếp theo nhiên liệu sẽ được hút từ lọc thô nhiên liệu tới cửa hút của bơmchuyển nhiên liệu (9) Nhiên liệu được hút vào từ cửa hút của bơm Trước của hútcủa bơm được lắp van một chiều để ngăn nhiên liệu chảy về thùng chứa khi mà động

cơ không hoạt động Dòng nhiên liệu được tăng cường bởi bơm bánh răng, và nhiêuliệu sau đó được đẩy tới cửa ra của bơm Cửa ra của bơm cũng được lắp van mộtchiều để ngăn chặn sự rò rỉ nhiêu liệu quay trở lại bơm

Bơm chuyển nhiên liệu dùng để tăng áp cho nhiên liệu, cung cấp cho hệ thốngnhiên liệu thấp áp Áp suất lớn nhất mà bơm chuyển nhiên liệu đạt được là 630 kPa(91 psi)

tinh nhiêu liệu (10) Lọc tinh nhiên liệu này lọc được các tạp chất lẫn trong nhiên liệu

cỡ hạt micron Các tạp chất rất nhỏ này lẫn trong nhiên liêu là nguyên nhân làm ăn

mòn các chi tiết của hệ thống nhiêu liệu, gây hại cho động cơ và ô nhiễm môi trường.Sau đó dòng nhiên liệu từ lọc tinh nhiêu liệu sẽ được dẫn tới đường dầu chính (11)cung cấp nhiên liệu cho các vòi phun.

Đường dầu chính được đặt trên đỉnh của nắp xi lanh động cơ Nhiên liệu đượccung cấp chạy dọc theo chiều dài của đường dầu chính bên trong mặt máy, cuối củađường dầu này được bịt lại Dọc theo đường dầu chính thì được khoan lỗ trích nối vớimỗi vòi phun để cung cấp nhiên liệu tới các vòi phun Nhiên liệu được ép vào đườngdầu chính (11) đi tới tất cả các vòi phun Dầu hồi sẽ đi ra khỏi đường dầu chính hồi

về bằng đường dầu hồi và sau đó tới bộ điều áp nhiên liệu (13)

Bộ điều áp nhiên liệu gồm có một lỗ giclơ và lò xo chịu tải của van một chiều

Lỗ giclơ làm cho tiết diện lưu thông của nhiên liệu bị thu hẹp, cung cấp áp suất hồicho nhiên liệu cấp Lò xo chịu tải trong van một chiều mở khi áp suất đạt được 410kPa (60 psi) để cho phép nhiên liệu thừa hồi về thùng chứa Nhiên liệu hồi đi qua lỗgiclơ để giảm bớt nhiệt độ của nhiên liệu trong hệ thống Nhiên liệu hồi về thùng vànhiên liêu tiêu thụ cho động cơ có tỷ lệ sấp xỉ 3 : 1 Khi động cơ ngừng hoạt động và

áp suất nhiên liệu không cao, dưới tác dụng của lò xo làm cho van một chiều đóng lạingăn không cho nhiên liệu ở nắp xi lanh hồi trở lại thùng nhiên liệu từ đường dầuchính

- Hệ thống tạo ra dòng dầu có áp suất cao để kích hoạt các kim phun.

- Hệ thống cũng được sử dụng để điều khiển áp suất dòng dầu tác động phun

để kiểm soát áp suất phun nhiên liệu được tạo ra bởi các kim phun

Dầu từ bơm dầu động cơ (4) được cung cấp tới bơm thuỷ lực ép vòi phun (1).Khả năng hút của bơm dầu động cơ phải tăng lên để bù lại lượng dầu mà bơm thuỷlực vòi phun yêu cầu để cung cấp cho các vòi phun

Dầu được hút từ cácte động cơ được ép với áp suất cao bởi bơm dầu cung cấpcho hệ thống bôi trơn Dòng dầu từ bơm dầu động cơ đi tới bộ làm mát dầu động cơ(6), qua phin lọc dầu (3), và sau đó mới đi tới đường dầu chính Một nhánh được táchtrực tiếp từ đường dầu chính của hệ thống bôi trơn cung cấp cho bơm thuỷ lực vòiphun Một ống sắt phía bên trái nằm ngoài động cơ được nối với đường dầu chính của

hệ thống bôi trơn dẫn dầu tới cửa hút của bơm thuỷ lực vòi phun

Dòng dầu đi tới cửa hút của bơm thuỷ lực vòi phun, do dầu có áp suất mà dầuđộng cơ được điền đầy khoang hút của bơm Khoang này cung cấp dầu cho bơm thủylực trong suốt quá trình động cơ hoạt động Nó cũng cung cấp dầu cho bơm thuỷ lựcvòi phun cho đến khi bơm dầu động cơ có thể tăng lên đủ áp suất để cung cấp chobơm thủy lực với một lưu lượng ổn định

Khoang bơm cũng cung cấp dầu có áp suất cao tới các nhánh dầu nằm trên nắpxilanh Khi động cơ không hoạt động, động cơ lạnh đi, dầu bôi trơn sẽ co lai Vanmột chiều ở trong bơm cho phép bơm hút dầu từ khoang bơm, để giữ cho áp suất dầucao ổn định trong đường dẫn, thậm chí ngay cả khi động cơ ngưng hoạt động

Dầu từ khoang của bơm được tăng áp bên trong bơm thuỷ lực vòi phun và sau

đó được đi ra ngoài qua hai cửa ra của bơm dưới áp suất cao Dòng dầu có áp suấtcao đi từ cửa ra của bơm thuỷ lực thông qua van một chiều Dòng dầu có áp suất caonày sẽ chảy bên trong của đường ống dầu chính cũng được khoan bên trong mặt máy.Van một chiều dùng để ngăn chặn sự dao động của áp suất cao, sự dao động này sinh

ra bởi các vòi phun khi làm việc từ việc dầu hồi về bơm Các dao động áp suất này lànguyên nhân làm cho van điều khiển IAP (7) hoạt động kém tin cậy Điều này lànguyên nhân gây ra áp suất tác động bất ổn và không thể dự báo trước được

Đường dầu có áp suất cao sẽ được nối với mỗi vòi phun để cung cấp dầu tácđộng áp suất cao tới các vòi phun Dòng dầu tác động áp suất cao từ bơm thuỷ lực épvòi phun đi qua đường dẫn dầu chính tới tất cả các vòi phun Dầu áp suất cao này sẽđược chờ trong đường dầu cao áp cho tới khi dầu được sử dụng bởi các vòi phun.Dầu thừa của các vòi phun sẽ được chảy về phía dưới của nắp dàn cò Sau đó dầu này

sẽ được chảy về cácte qua các lỗ xả dầu nằm trên nắp xilanh

3.3.2.2 Điều khiển áp suất dầu tác động.

Hình 3.5 : Hệ thống điều khiển áp suất tác động phun.

1 - Bơm thuỷ lực vòi phun 6 - Sinh hàn dầu

Bơm thuỷ lực ép vòi phun (1) là loại bơm piston hướng trục có lưu lượng thayđổi Lưu lượng này có thể thay đổi từ giá trị nhỏ nhất đến giá trị lớn nhất ở bất kỳ tốc

độ nào của động cơ

Nhóm chi tiết quay của bơm biến chuyển động quay của trục bơm thành dòngchảy của dầu thủy lực Nhóm chi tiết quay này gồm 3 bộ phận sau :

- Nhóm xilanh hình tang trống và piston

- Đĩa nghiêng ( Biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến)

- Trục bơm

Bơm cung cấp dầu tới các vòi phun Lượng dầu này sẽ kiểm soát áp suất dầucủa cả hệ thống Lưu lượng dầu của bơm tăng hay giảm nhờ sự thay đổi góc nghiêngcủa đĩa nghiêng bên trong bơm

Đĩa nghiêng dịch chuyển tạo ra lưu lượng dòng dầu lớn nhất bởi lò xo điềukhiển Góc nghiêng lớn nhất thì hành trình piston dài nhất và lưu lượng dầu là lớnnhất Piston điều khiển hoạt động ngược lại với lo xo điều khiển Piston điều khiển ởtrạng thái tụt lại thì vị trí đĩa nghiêng ở góc nghiêng lớn nhất Và lò xo điều khiển sẽ

ở trạng thái dãn ra rộng nhất

Lưu lượng của bơm giảm xuống do sự tăng dòng dầu đi tới piston điều khiển.Khi áp xuất dầu tới piston điều khiển tăng lên, thì piston sẽ đẩy đĩa nghiêng về phíagóc nghiêng nhỏ nhất.Góc nghiêng của đĩa nghiêng sẽ giảm, các piston có hành trìnhngắn nhất tại góc nghiêng nhỏ nhất Lúc này là lưu lượng ra sẽ nhỏ nhất

- Giảm hành trình bơm - Hành trình bơm giảm do góc nghiêng của đĩa

nghiêng giảm, vì vậy lưu lượng dầu ra khỏi bơm cũng giảm đi Dòng dầu tác độngvào piston điều khiển

- Tăng hành trình bơm - Hành trình bơm tăng do góc nghiêng của đĩa

nghiêng tăng, vì vậy lưu lượng dầu ra khỏi bơm cũng tăng lên Dòng dầu đi ra từpiston điều khiển

Vỏ bơm chứa 2 chi tiết dưới đây:

- Nhóm chi tiết quay

- Khoang dầu bên trong bơm

Khoang chứa dầu cung cấp dầu cho bơm thuỷ lực vòi phun trong khi động cơđang khởi động Khoang chứa dầu tiếp tục cung cấp tới dầu tới toàn hệ thống phuncho đến khi dòng dầu từ bơm dầu động cơ (4) được bơm tới

Dầu cung cấp từ hệ thống bôi trơn động cơ chảy qua khoang dầu đến các lỗnạp của nhóm chi tiết quay Dòng dầu tác động có áp suất cao đi từ cửa ra của bơm

và chảy qua hai ống thép để tạo ra áp suất cao vào đường dầu chính ở trên mỗi nắpxilanh.

Khi mà động cơ không hoạt động, lò xo điều khiển đĩa nghiêng trong bơm thuỷlực ép vòi phun sẽ đẩy đĩa nghiêng tới góc nghiêng lớn nhất, và lưu lượng bơm là lớnnhất Khi động cơ khởi động, bơm này sẽ hoạt động và sinh ra lưu lượng dầu lớnnhất Áp suất tác động sinh ra sẽ tăng rất nhanh cho đến khi đạt đến áp suất tác độngyêu cầu

Chỉ có một áp suất tác động phù hợp với áp suất yêu cầu, hệ thống sẽ đưa dầu

từ van điều khiển IAP tới piston điều khiển Điều này sẽ làm giảm hành trình bơm Ởđiều kiện không tải, đĩa nghiêng có góc nghiêng là nhỏ nhất được yêu cầu để duy trìmột áp suất tác động mong muốn Các vòi phun HEUI (5) sử dụng rất ít dầu tác độngtrong điều kiện không tải hoặc một số trường hợp tải nhẹ

Khi động cơ mang tải, lượng nhiên liệu yêu cầu lúc này tăng lên Đồng thời,nhu cầu lưu lượng dầu tác động và áp suất cũng tăng nhanh Từ cảm biến tốc độ động

cơ hộp đen ECM (30) nhận thấy sự giảm của tốc độ động cơ do sự ra tăng tải Hộpđen ECM sau đó sẽ tăng dòng điện điều khiển tới van điều khiển IAP (7) Việc nàycho phép dầu xả ra từ piston điều khiển Lực của lò xo sẽ đẩy đĩa nghiêng và lưulượng bơm sẽ tăng lên nhanh chóng Góc nghiêng của đĩa nghiêng sẽ tăng lên cho tớikhi áp suất thực bằng với áp suất mong muốn ở tốc độ chảy được yêu cầu bởi các vòiphun

Nếu tải của động cơ giảm đi, lưu lượng dòng dầu kích hoạt sẽ giảm xuống đểphù hợp với yêu cầu của động cơ Từ cảm biến tốc độ động cơ hộp đen ECM nhậnthấy sự tăng tốc độ của động cơ, ngay lập tức dòng điện điều khiển đưa tới van điềukhiển IAP sẽ giảm đi Dầu được đưa tới piston điều khiển Điều này sẽ làm gócnghiêng của đĩa nghiêng giảm đi Lưu lượng ra của bơm và áp suất tác động cũnggiảm cho đến khi áp suất thực bằng với áp suất mong muốn

Có hai kiểu của áp suất tác động :

- Áp suất tác động mong muốn

- Áp suất tác động thực tế

1 - Áp suất tác động mong muốn là áp suất tác động phun mà hệ thống yêu cầu

để hiệu suất của động cơ đạt tối ưu Áp suất tác động mong muốn được thiết lập từbiểu đồ hiệu suất đã cài đặt trong hộp đen ECM động cơ và những thông tin từ cáccảm biến của động cơ Hộp đen dùng những thông tin này để tính toán cho ra một ápsuất tối ưu để làm cho hiệu suất động cơ đạt tốt nhất Áp suất tác động mong muốnthay đổi liên tục dựa trên các tín hiệu đầu vào của các cảm biến khác nhau, từ đó sẽthay đổi tốc độ và tải của động cơ Các cảm biến dưới đây sẽ cung cấp tín hiệu tớihộp đen ECM:

- Cảm biến vị trí tay ga

- Cảm biến áp suất khí nạp động cơ

- Cảm biến tốc độ/thời điểm phun nhiên liệu

- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hộp đen động cơ sử dụng các tín hiệu từ các cảm biến trên để tính toán đưa ramột áp suất tác động mong muốn Áp suất tác động mong muốn này chỉ ổn định khi

mà động cơ và tàu hoạt động trong điều kiện và trạng thái ổn định (Ổn định về tốc độđộng cơ và tải trọng) Áp suất tác động này liên tục được điều chỉnh bởi ECM

2 - Áp suất tác động thực là áp suất dầu hoạt động thực của hệ thống được sửdụng để kích hoạt các vòi phun Van điều khiển IAP liên tục điều chỉnh lưu lượngcủa bơm bằng việc thay đổi lượng dầu xả Việc thay đổi dòng dầu của bơm bằng cách

xả dầu ra đường xả nhằm để ổn định giữa áp suất thực và áp suất mong muốn

Có 3 bộ phận cùng hoạt động để tham gia điều khiển áp suất tác động phun:

xả Van điều khiển IAP hoạt động như một van an toàn được điều khiển điện Cảm

biến IAP giám sát áp suất thực trong đường dầu cao áp Cảm biến IAP này sẽ thôngbáo áp suất tác động thực bằng cách gửi một tín hiệu điện tới bộ ECM.

Hệ thống điều khiển áp suất tác động phun hoạt động theo chu kỳ ECM tínhtoán áp suất tác động mong muốn Sau khi tín hiệu đúng đã được tính toán, ECM đưadòng điện tới van điều khiển IAP để hiệu chỉnh áp suất tác động Van điều khiển IAPphản ứng trở lại dòng điện từ ECM bằng việc tác động vào van an toàn để truyền lệnhtới piston điều khiển, làm thay đổi áp suất tác động thực Cảm biến IAP sẽ ghi nhận

và đưa giá trị áp suất này bằng một tín hiệu điện quay trở lại bộ ECM Sau đó ECM

sẽ giải mã tín hiệu điện này từ cảm biến IAP để tính toán ra áp suất thực Sau đó, bộECM tiến hành so sánh áp suất thực với áp suất mong muốn để điều chỉnh dòng điệntới van điều khiển IAP Van điều khiển IAP sẽ phản ứng lại dòng điện thay đổi nàybằng việc thay đổi áp suất tác động thực tế Quá trình sử lý này được lặp lại 60 lầntrong một giây Chu kỳ lặp lại thay đổi này được gọi là một hệ thống điều khiển mạchkín

Việc tăng dòng điện tới van điều khiển IAP sẽ làm cho cuộn dây solenoid điềukhiển van đĩa trong van điều khiển IAP bị kích thích Khi van đĩa đóng cửa xả, lưulượng dầu đi ra từ con trượt cảm biến tải giảm xuống và con trư ợt cảm biến tải chophép dòng dầu từ piston điều khiển thông với lỗ lưu thông dầu Khi piston điều khiển

co lại, thì góc nghiêng của đĩa nghiêng tăng lên Lưu lượng dầu ra từ bơm cũng tănglên

Việc giảm dòng điện tới van điều khiển IAP làm cho quá trình tác động phundiễn ra Tác động của cuộn dây solenoid sẽ điều khiển van đĩa trong van điều khiểnIAP dịch chuyển Van đĩa mở đường xả và một lượng dầu tương ứng sẽ được phépchảy từ con trượt cảm biến tải Khi con trượt cảm biến tải phản ứng ngược lại, dòngdầu được đưa tới piston điều khiển và góc nghiêng của đĩa nghiêng giảm xuống Lưulượng dòng dầu sinh ra từ bơm cũng giảm đi

Nếu van điều khiển IAP không có khả năng nhận dòng điện điều khiển trongkhi động cơ đang hoạt động, chỉ có một dạng lực tác động lên con trượt cảm biến tải

là lực cơ khí từ lò xo của con trượt Áp suất sinh ra từ lực lò xo xấp xỉ 5 tới 6 MPa(725 to 870 psi) Áp suất này được gọi là áp suất dư

Một khoảng áp suất dư là cần thiết cho hệ thống này để giúp cho động cơ vẫn

có khả năng hoạt động một cách chậm chạp được để đưa tàu về nơi sửa chữa, khi hệthống nhiên liệu xảy ra sự cố nhỏ Lò xo của con trượt cảm biến tải sẽ cải thiện được

độ chính xác của van điều khiển IAP

Kiểu chạy chậm chạp này sẽ cho phép động cơ duy trì hoạt động với áp suấttác động rất thấp Điều này có thể xảy ra nếu van điều khiển IAP bị lỗi hoặc trongđiều kiện mạch điện bị gián đoạn hay bị ngắt

Áp lực của lo xo cũng cải thiện khả năng làm việc tốt hơn của van điều khiểnIAP khi điều khiển áp suất tác động thấp hơn

Áp suất dư là cố định không điều chỉnh được Áp suất dư không ảnh hưởngđến quá trình hoạt động, hiệu suất làm việc bình thường của động cơ Áp suất dưđược đặt đủ lớn để duy trì cho động cơ hoạt động trong điều kiện bị ngắt mạch điệnhoặc van điều khiển IAP gặp sự cố Áp suất dư không nên đặt quá cao Áp suất nàycao quá mức sẽ gây ra hiện tượng tràn nhiên liệu và động khó khởi động Điều nàyxẩy ra khi động cơ bị lạnh và dầu bị đậm Áp suất dư được cài đặt trước trong nhàmáy Áp suất này không nên điều chỉnh chỉ dựa vào một vài thông số mà phải kếthợp nhiều thông số của nhiều cụm cấu thành tạo nên động cơ Việc tăng hoặc giảm

áp suất dư khi cài đặt sẽ không làm tăng công suất hoặc là hiệu suất của động cơ. Lực kết hợp của lò xo con trượt cảm biến tải và lưu lượng dầu được điều khiểnbởi van điều khiển IAP, chúng cùng hoạt động với nhau để xác định vị trí của cuộncảm biến tải Nếu áp suất dư thay đổi, thì hộp đen sẽ bù vào bằng việc điều chỉnhdòng điện cấp tới van điều khiển IAP để đạt được áp suất tác động mong muốn như

đã tính toán

Bơm thuỷ lực vòi phun bao gồm một con trượt giới hạn áp suất Con trượt giớihạn áp suất này được lắp ở phía trên con trượt cảm biến tải Con trượt giới hạn ápsuất sẽ chỉ làm việc khi một áp suất cực lớn xuất hiện trong hệ thống Nếu áp suất nàyđược phép tồn tại, áp suất hệ thống có thể vượt quá áp suất hoạt động an toàn lớnnhất

Con trượt giới hạn áp suất được giữ ở vị trí đóng bởi lực của lò xo Nếu sự cốxuất hiện, lưu lượng ra của bơm có thể vượt quá giới hạn an toàn cho phép Trong