Nghiên cứu các hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ Diezel điện tử

- Dự trữ nhiên liệu: Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định mà không cần cấp thêm nhiên liệu vào, lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu, giúp nhiên liệu luân chuyển dễ dàng trong hệ thống.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong xu thế hội nhập hiện nay, nền công nghiệp Việt Nam đang đứngnhững cơ hội đầy tiềm năng và ngành công nghiệp ô tô Việt Nam cũng khôngngoại lệ Ở nước ta số lượng ô tô hiện đại đang được lưu hành ngày mộttăng Các loại ô tô này đều được cải tiến theo hướng tăng công suất, tốc

độ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, điện tử hoá quá trình điều khiển vàhạn chế mức thấp nhất thành phần ô nhiễm trong khí xả động cơ

Với sự phát triển mạnh mẽ của tin học trong vai trò dẫn đường, quá trình

tự động hóa đã đi sâu vào các ngành sản xuất và các sản phẩm của chúng, mộttrong số đó là ô tô Nhờ sự giúp đỡ của máy tính để cải thiện quá trình làm việcnhằm đạt hiệu quả cao và chống ô nhiểm môi trường, tối ưu hoá quá trình điềukhiển dẫn đến kết cấu của động cơ và ô tô thay đổi rất phức tạp, làm cho người

sử dụng và cán bộ công nhân kỹ thuật ngành ô tô ở nước ta còn nhiều lúng túng

và sai sót nên cần có những nghiên cứu cụ thể về hệ thống điện tử trên động cơ

ô tô

Vì vậy là một sinh viên của nghành động lực sắp ra trường, em chọn

đề tài: "Nghiên cứu các hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ

Diezel điện tử" làm đề tài tốt nghiệp của mình Em rất mong với đề tài

này em sẽ củng cố tốt hơn kiến thức của mình để khi ra trường em có thểđóng góp vào ngành công nghiệp ô tô của nước ta, để góp phần vào sự pháttriển chung của ngành

PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU

DIESEL ĐIỆN TỬ

I Tổng quan hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel

1 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel

1.1 Nhiệm vụ

- Dự trữ nhiên liệu:

Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhấtđịnh mà không cần cấp thêm nhiên liệu vào, lọc sạch nước, tạp chất cơ họclẫn trong nhiên liệu, giúp nhiên liệu luân chuyển dễ dàng trong hệ thống

- Cung cấp nhiên liệu cho động cơ : Đảm bảo tốt các yêu cầu sau

+ Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với chế độlàm việc của động cơ

+ Phun nhiên liệu vào đúng xy lanh thời điểm, đúng quy luật

+ Đối với động cơ nhiều xylanh thì lượng nhiên liêu phun vào cácxylanh phải đồng đều trong một chu trình công tác

- Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốtgiữa số lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun vớihình dạng buồng cháy, cường độ và phương hướng chuyển động của mỗi chấttrong buồng cháy để hoà khí được hình thành nhanh và đều

1.2 Yêu cầu

Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel phải thoả mãn các yêucầu sau

- Hoạt động ổn định, có độ tin cậy và tuổi thọ cao

- Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sữa chữa

- Dễ chế tạo, giá thành hạ.

1.3 Phân loại

Dựa vào các loại bơm cao áp của hệ thống nhiên liệu ta có thể phân loại

sơ bộ hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thành 3 loại sau

a : Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơmdãy

Bơm cao áp là 1 loại bơm gồm nhiều tổ bơm ghép thành 1 khối có vấucam điều khiển nằm trong thân bơm và điều khiển chung bằng 1 thanh răng

1

8 7

6 5

2 3

4

Hình 1: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm dãy.

1: Thùng chứa nhiên liệu 2 : Cốc lọc; 3 : Bơm tay.4 : Bơm cao áp

5 : Bầu lọc tinh 6 : Ống dầu cao áp 7: Vòi phun 8: Buồng cháy

b : Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơmphân phối.

10

Hình 2 : Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm cao áp loại

bơm phân phối

1- Thùng chứa nhiên liệu; 2,4- Bơm tiếp vận; 3- Bầu lọc tinh; 4- Vanđiều áp;

6- Vòi phun; 7- Buồng cháy; 8- Bơm cao áp phân phối; 9- Van cao áp; 10- Piston; 11- Lỗ đưa nhiên liệu đến các vòi phun; 12- Vành điềulượng

c : Hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail.

13

19 18 17 16

15

1 2

3 10

7

Hình 3 : Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail

1- Thùng chứa; 2- Ống tản nhiệt: 3- Bộ lọc: 4- Van đóng mở(theo nhiệt độ): 5-Bơm chuyển nhiên liệu; 6- Van điều áp suất thấp: 7- Van điều áp suất cao: 8- Đường ống dự trữ: 9 -Cảm biến áp suất nhiên liệu: 10-Bơm cao áp: 11- ECU: 12-Kim phum: 13- Bơm điện: 14- Cảm biến nhiệt độ nước làmmát:

15- Cảm biến vị trí trục khuỷu: 16- Cảm biến áp suất: 17- Cảm biến vị trítrục

cam: 18- Cảm biến vị trí bàn đạp ga: 19- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

đường ống phân phối sẽ có các đường ống cao áp nối tới kim phun để phunnhiên liệu vào buồng đốt động cơ và quá trình phun nhiên liệu được điềukhiển bởi ECU.

ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến (cảm biến tốc độ, cảm biến vị trítrục cam, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biếnnhiệt độ nước làm mát, cảm biến áp suất…) sau khi xử lý các tín hiệu đầu vàonày ECU sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển kim phun

Hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel không ngừng được cải tiến vớicác giải pháp kỹ thuật tối ưu nhằm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiệm môitrường và suất tiêu hao nhiên liệu Các nhà khoa học đã nghiên cứu và đã đề

ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức tốt quá trình cháynhằm giới hạn chất ô nhiệm Các biện pháp được đưa ra nhằm giải quyết cácvấn đề sau:

- Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộnnhiên liệu- không khí

- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp

- Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quátrình phun để làm giảm HC

- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả ( ERG: Exhaust GasRecirculation)

Hiện nay, các nhược điểm của HTNL diesel đã được khắc phục dầnbằng cách cải tiến các bộ phận của hệ thống nhiên liệu như: Bơm cao áp, vòiphun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, các ứng dụng điều khiển tự độngnhờ sự phát triển của công nghệ Trong động cơ diesel hiện đại, áp suất phunđược thực hiện cho mỗi vòi phun một cách riêng lẽ, nhiên liệu áp suất caođược chứa trong ống tích trữ hay còn gọi là “ ống phân phối ” và được phânphối đến từng vòi phun theo yêu cầu Đó là HTNL common rail diesel Hệ

- Kim phun điều khiển bằng van điện từ (solenoid) được gắn vào nắpmáy.

- Ống tích trữ nhiên liệu (ống phân phối áp lực cao)

- Bơm cao áp (bơm tạo áp suất cao)

Các thiết bị sau cũng cần cho sự hoạt động điều khiển của hệ thống :

- ECU : − Cảm biến tốc độ trục khuỷu : − Cảm biến tốc độ trục cam

- Cảm biến bàn đạp ga

Kim phun được nối với ống tích nhiên liệu áp suất cao (rail) bằngmột đường ống ngắn Kết hợp với đầu phun và van điện từ được cung cấpđiện qua ECU Khi van solenoid không được cấp điện thì kim ngừngphun Nhờ áp suất phun không đổi, lượng nhiên liệu phun ra sẽ tỷ lệ với

độ dài của xung điều khiển solenoid Yêu cầu mở nhanh solenoid đượcđáp ứng bằng việc sử dụng điện áp cao và dòng lớn Thời điểm phun đượcđiều khiển bằng hệ thống điều khiển góc phun sớm Hệ thống này dùngmột cảm biến trên trục khuỷu để nhận biết tốc độ động cơ, và một cảmbiến trên trục cam để nhận biết kỳ hoạt động Lợi ích của vòi phuncommon rail là làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu được phun ra với ápsuất rất cao đồng thời kết hợp hệ thống điều khiển điện tử để kiểm soát lượngphun, thời điểm phun một cách chính xác Do đó làm hiệu suất động cơ vàtính kinh tế nhiên liệu cao hơn

+ So với hệ thống cũ dẫn động bằng trục cam thì hệ thống nhiên liệuCommon Rail khá linh hoạt trong việc đáp ứng thích nghi để điều khiển phunnhiên liệu cho động cơ diesel như:

- Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch, khách,tải nhẹ, tải nặng, xelửa và tàu thủy)

- Áp suất phun đạt đến 1350 bar

- Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động của động cơ

Phun nhiên liệu chia làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun chính và

phun kết thúc Các giai đoạn phun sơ khởi làm giảm thời gian cháy trễ và

phun thứ cấp tạo cho quá trình cháy hoàn thiện Với phương pháp này áp suấtphun lên đến 1350 bar có thể thực hiện ở mọi thời điểm ngay cả lúc động cơđang ở tốc độ thấp

Qua đây ta thấy hệ thống nhiên liệu common rail có những ưu điểm sau

· Tiêu hao nhiên liệu thấp

· Phát thải ô nhiễm thấp

· Động cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn

· Cải thiện tính năng động cơ

.Thiết kế phù hợp để thay thế cho các động cơ Diesel đang sử dụng Tứcviệc bố trí các thành phần và lắp đặt chúng trên động cơ phù hợp với các động

cơ đang tồn tại Động cơ Diesel thế hệ “cũ”, trong quá trình làm việc hệ thốngcung cấp nhiên liệu thì tạo ra tiếng ồn khá lớn Khi khởi động và tăng tốc độtngột lượng khói đen thải ra lớn Vì vậy làm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễmcao Ở HTNL common rail áp suất phun lên đến 1350 bar, có thể phun ở mọithời điểm, mọi chế độ làm việc và ngay cả động cơ lúc thấp tốc mà áp suấtphun vẫn không thay đổi Với áp suất cao, nhiên liệu được phun càng tơi nênquá trình cháy càng sạch hơn

Ngoài những ưu điểm nổi trội như đã nêu trên thì hệ thống nhiên liệucommon rail còn tồn tại một số nhược điểm sau:

· Thiết kế và chế tạo phức tạp đòi hỏi có ngành công nghệ cao

· Khó xác định và lắp đặt các chi tiết common rail trên động cơ cũ

2 Sự hình thành hỗn hợp không khí và nhiên liệu trong buồng cháy của động cơ Diezel

Tính kinh tế của động cơ Diesel, tiếng ồn và ứng suất của cơ cấu trụckhuỷu thanh truyền phụ thuộc nhiều vào tốc độ biến thiên hóa năng của nhiên

liệu có ý nghĩa quyết định tới tốc độ phản ứng hóa học, quá trình tạo hỗn hợpgiữa nhiên liệu và không khí Vì vậy để quá trình cháy diễn ra 1 cách hiệuquả nhất thì ta cần điều chỉnh thật tốt chùm tia nhiên liệu trong buồng cháy.Diễn biến thời gian tạo hỗn hợp được điều khiển bởi kết cấu buồng cháy bằngcách phân chia nhiên liệu thành hạt nhỏ mịn kết hợp với xoáy lốc của khôngkhí để tạo được sự tối ưu trong quá trình cháy của nhiên liệu trong buồngcháy của động cơ.

Quá trình hình thành hỗn hợp của động cơ Diesel chỉ chiếm một thờigian nhỏ do đặc điểm kết cấu của động cơ và hình thành hỗn hợp nhiên liệu làhỗn hợp không đồng nhất Vì vậy quá trình hình thành hỗn hợp là một quátrình rất phức tạp và diễn ra ở nhiều giai đoạn khác nhau

Hơn nữa quá trình bay hơi của các hạt nhiên liệu rất phức tạp, điều kiệncho việc bay hơi của các hạt nhiên liệu ở mỗi vị trí của chùm tia là khác nhau

do đó việc tính toán là rất phức tạp và chỉ mang tính gần đúng Nhiên liệuphun vào buồng cháy có đường kính khác nhau mà sự sấy nóng và bay hơicủa các hạt nhiên liệu lại phụ thuộc rất nhiều vào đường kính, nhiệt độ, ápsuất của các hạt nhiên liệu phun vào Ngoài ra còn phụ thuộc vào tính chất vật

lý của nhiên liệu Thời gian để bay hơi hoàn toàn các hạt nhiên liệu trong xylanh động cơ phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ ở thời điểm phun Khi tăng ápsuất không khí nạp sẽ ảnh hưởng mạnh tới sự bay hơi bởi vì áp suất và nhiệt

độ của không khí cuối quá trình nén sẽ tăng Sự xoáy lốc mạnh của không khínạp trong buông cháy cũng có tác dung nâng cao cường độ và tốc độ bay hơicủa nhiên liệu

Quá trình hình thành hoà khí tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhaunhưng chủ yếu là phụ thuộc vào kết cấu của buồng cháy trong động cơ

Đối với động cơ diesel có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháytrong động cơ, trong các yếu tố đó có nhiều yếu tố thuộc khâu kết cấu, thiết

kế buồng cháy, kết cấu đường ống nạp và có nhiều yếu tố phụ thuộc vào chế

độ hoạt động của động cơ như : Số vòng quay, thời điểm phun, lượng phun

Khả năng làm việc tối ưu của động cơ Diesel phụ thuộc chủ yếu vào 2yếu tố điều chỉnh cơ bản là: Lượng nhiên liệu phun vào động cơ và thời điểmphun Cả hai thông số điều chỉnh cơ bản này đều được điều chỉnh bởi bộ điềukhiển điện tử trên cơ sở xử lý các thông tin đầu vào như Số vòng quay, chế

độ tải trọng động cơ, nhiệt độ nước làm mát Nói chung có nhiều bộ xử lýđiều khiển nhiều hệ thống khác nhau lắp trên ôtô Tuy nhiên bộ xử lý nàocũng hoạt động theo nguyên lý thu thập thông tin vào điều kiện làm việc của

hệ thống và trên cơ sở đó điều khiển các cơ cấu chấp hành theo cách màngười thiết kế mong muốn Khuynh hướng hiện nay vẫn tập trung vào việcnghiên cứu quá trình tạo hỗn hợp cháy trong động cơ Diesel nhằm mục đíchnâng cao công suất, tiết kiệm nhiên liệu, giảm chất độc hại trong khí thải

II LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG DIESEL ĐIỆN TỬ

Ra đời sớm nhưng động cơ Diesel không phát triển như động cơ xăng

do gây ra nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn Tuy nhiên cùng với sự phát triển của kỹthuật công nghệ, các vấn đề được giải quyết và Diesel ngày càng trở nên phổbiến và hữu dụng hơn

Khí thải động cơ Diesel là một trong những thủ phạm gây ô nhiễmmôi trường Động cơ Diesel với tình hiệu quả kinh tế hơn là động cơ xăng,tuy nhiên vấn đề về tiếng ồn và khí thải vẫn là những hạn chế trong sử dụngđộng cơ Diesel

Động cơ Diesel được phát minh vào năm 1892 nhờ Rudolf Diesel hoạtđộng theo nguyên lý tự cháy Ở gần cuối quá trình nén, nhiên liệu được phunvào buồng cháy động cơ để hình thành hòa khí rồi tự bốc cháy Đến năm 1927

Robert Bosh mới phát triển bơm cao áp ( bơm phun Bosh lắp cho động cơ Diesel trên ôtô thương mại và ô tô khách vào năm 1936).

Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng được cải tiến với các giảipháp kỹ thuật tối ưu nhắm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêuhao nhiên liệu Các nhà động cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về

kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm hạn chế các chất ô nhiễm Cácbiện pháp chủ yếu tập chung vào giải quyết các vấn đề:

-Tăng tốc độ phun để giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộnnhiên liệu không khí

- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp

- Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanhquá trình phun để làm giảm HC

- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả

Hiện nay các nhược điểm đó đã được khắc phục bằng cách cải tiếnmột số bộ phận của hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử như:

- Bơm cao áp điều khiển điện tử

- Vòi phun điện tử

- Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao ( ống Rail)

Với các ứng dụng mạnh mẽ về điều khiển tự động trong hệ thốngnhiên liệu Diesel nhờ sự phát triển về công nghệ Năm 1986 Bosh đã đưa rathị trường việc điều khiển điện tử cho hệ thống cung cấp nhiên liệu Dieselđược gọi là hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel Cho đến ngày nay hệthống cung cấp nhiên liệu Common Rail Diesel đã được hoàn thiện Trongđộng cơ Diesel hiện đại áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi phun mộtcách riêng rẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong hộp chứa ( Rail) hay còngọi là “ắc quy thủy lực” và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu

So với các hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thông thường thì CommonRail Diesel đã đáp ứng và giải quyết được những vấn đề:

- Giảm tối đa mức độ tiếng ồn

- Nhiên liệu được phun ra với áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiểnđiện tử, áp suất phun có thể đạt tới 184 MPa Thời gian phun cực ngắn và tốc

độ phun cực nhanh (khoảng 1,1 ms)

- Có thể thay đổi áp suất phun và thời điểm phun tùy theo chế độ làmviệc của động cơ

Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử

Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử BơmVòi phun kết hợp

tử bằng

cơ cấu

điều

ga điện từ

Bơm

VE điều khiển điện

tử bằng van xả áp

Loại 2 Piston

Loại 3 Piston

Loại 4 Piston

Loại EUI

Loại HEUI

Bơm VE nhiều Piston hướng kính

III PHÂN LOẠI THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ.

Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail , bơm cao áp cung cấpnhiên liệu áp suất cao (80-180Mpa) cho một dường chung ( Comon Rail) sau

đó nhiên liệu được đưa tới các vòi phun , loại này viết tắt là TDCi

( Turbocharge Comon Rail inejction) Hệ thống TDCi được sử dụng bắt đầu

từ năm 1995 trên các động cơ diesel, cho đến nay hệ thống này không ngừngđược hoàn thiện và phổ biến rộng rãi tên tất cả các ô tô đời mới

PHẦN II : CÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ

I HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ VỚI BƠM CAO ÁP

1 LOẠI BƠM PE ( BƠM DÃY ) ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ BẰNG CƠ CẤU ĐIỀU GA ĐIỆN TỪ

Về cơ bản các chi tiết của bơm PE điện tử có cấu tạo và hoạt độnggiống như bơm PE thông thường, chỉ khác ở chỗ là:

- Đối với bơm PE thông thường cơ cấu điều chỉnh lượng phun nhiênliệu là : Bộ điều tốc

- Còn với bơm PE điện tử, để điều chỉnh lượng phun nhiên liệu thì ECU

sẽ tiếp nhận các tín hiệu từ các cảm biến sau đó sẽ gửi tín hiệu điều khiển cho

cơ cấu điều ga điện từ để thay đổi vị trí thanh răng ( hay tốc độ động cơ)

1.1 Cấu tạo của cơ cấu điều ga điện từ

Hình 4 : Cơ cấu điều ga của bơm PE điện tử

2 Cơ cấu điều ga điện từ 5 Cảm biến tốc độ

3 Lò xo hồi vị

Cấu tạo của cơ cấu điều ga gồm 1 cuộn dây được ECU điều khiển cấpđiện từ theo mức độ bàn đạp chân ga ( hoặc theo tín hiệu của cảm biến chânga)

1.2 Công dụng

Khi ôtô máy kéo làm việc tải trọng trên động cơ luôn thay đổi Nếuthanh răng của bơm cao áp hoặc bướm tiết lưu giữ nguyên một chỗ thì khităng tải trọng, số vòng quay của động cơ sẽ giảm xuống, còn khi tải trọnggiảm thì số vòng quay tăng lên Điều đó dẫn đến trước tiên làm thay đổi tốc

độ tiến của ôtô máy kéo, thứ hai là động cơ buộc phải làm việc ở những chế

độ không có lợi

Để giữ cho số vòng quay trục khuỷu động cơ không thay đổi khi chế độtải trọng khác nhau thì đồng thời với sự tăng tải cần phải tăng lượng nhiênliệu cấp vào xilanh, còn khi giảm tải thì giảm lượng nhiên liệu cấp vào xilanh Khi luôn luôn có sự thay đổi tải trọng thì không thể dùng tay mà điềuđiều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào xilanh Công việc ấy được thực hiện tựđộng nhờ một thiết bị đặc biệt trên bơm cao áp gọi là cơ cấu điều ga điện từ

Nhiệm vụ :

Điều hoà tốc độ động cơ dù có tải hay không tải (giữ vững một tốc độhay trong phạm vi cho phép tuỳ theo loại) có nghĩa là lúc có tải hay không tảiđều phải giữ một tốc độ động cơ trong lúc cần ga đứng yên

Đáp ứng được mọi vận tốc theo yêu cầu của động cơ

Phải giới hạn được mức tải để tránh gây hư hỏng máy

Phải tự động cúp dầu để tắt máy khi số vòng quay vượt quá mức ấnđịnh

1.3 Hoạt động

Khi muốn thay đổi công suất và tốc độ của động cơ thì người lái xe tácđộng lên bàn đạp ga và thông qua cảm biến chân ga gửi tín hiệu ( hay ýnguyện của người lái ) gửi về ECU và ECU nhận thêm một số tín hiệu khácnhư: Ne, THW, VG… Để xuất ra những chuỗi xung có tỷ lệ thường trực thayđổi cấp cho cuộn điều khiển của cơ cấu điều ga tạo nên từ trường lớn hay nhỏ

tác động vào thanh răng làm cho thang răng tiến về chiều giảm hay tăng kéotheo tốc độ động cơ thay đổi.

2 LOẠI BƠM VE ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ BẰNG CƠ CẤU ĐIỀU GA ĐIỆN TỪ

2.1 Bơm cao áp

Bơm phun nhiên liệu đẩy nhiên liệu đến từng vòi phun Bơm phun cóchức năng kiểm soát lượng phun và thời điểm phun nhiên liệu

Hình 5 : Bơm cao áp với cơ cấu điều ga điện từ

1 Van điện từ điều ga 4 Xi lanh bơm

2 Van điện từ cắt nhiên liệu 5 Piston

3 Bộ điều khiển phun sớm( van

TCV)

6 Cơ cấu điều ga

Bơm nhiên liệu có áp suất cao cho xy lanh đợng cơ đúng thời điểm ,đúng qui luật và với lượng phù hợp với chế độ làm việc của đông cơ.

2.2 Hoạt động

Hút nhiên liệu : Bơm cấp nhiên liệu hút nhiên liệu từ bình và nén

trong thân bơm

Bơm nhiên liệu cao áp : Sử dụng một piston để đưa nhiên liệu áp suất

cao tới mỗi vòi phun bằng chuyển động tịnh tiến và quay

Điều khiển lượng phun : Cơ cấu điều ga điều khiển lượng phun và

công suất động cơ Cơ cấu điều ga điện từ có chức năng kiểm soát tốc độ tối

đa của động cơ để ngăn động cơ chạy quá tốc độ và giữ ổn định tốc độ chạykhông tải

Điều khiển thời điểm phun :

Bộ định thời điểm phun theo tỷ lệ thuận với tốc độ động cơ Van TCV

sẽ thực hiện chức năng này

Hoạt động :

Khi bật khóa điện ON, van điện từ cắt nhiên liệu được kéo vào trong,đường thông giữa thân bơm và piston mở Khi bơm cấp nhiên liệu quay, hútnhiên liệu từ bình nhiên liệu, qua bộ lắng đọng nước và bộ lọc nhiên liệu, đivào thân bơm theo áp suất được điều chỉnh bởi van điều chỉnh Piston hútnhiên liệu từ thân bơm vào buồng áp suất trong hành trình hút ( dịch chuyểnsang trái ) và nén nhiên liệu ở mức cao để dẫn đến từng van phân phối tronghành trình nén ( di chuyển sang phải )

Sau khi qua van phân phối, nhiên liệu được đưa vào các vòi phun quacác ống dẫn cao áp, từ đó nhiên liệu được phun vào các xylanh Cùng lúc, các

bộ phận bên trong bơm được nhiên liệu làm mát và bôi trơn Một phần nhiênliệu quay trở về bình nhiên liệu từ vít tràn để kiểm soát mức độ tăng nhiệt độcủa nhiên liệu trong bơm

2.3 Bơm cấp và van điều chỉnh

Hình 6 : Bơm cấp và van điều chỉnh

Bơm cấp nhiên liệu

Bơm cấp nhiên liệu kiểu cánh gạt bao gồm 4 cánh gạt và một roto.Trục dẫn động quay roto và nhờ có lực ly tâm mà các cánh gạt ép nhiên liệulên thành trong của buồng áp suất Do trọng tâm của roto lệch so với tâm củabuồng nén nên nhiên liệu giữa các cánh gạt bị nén và đẩy ra ngoài

2.4 Phân phối và phun nhiên liệu của bơm cao áp

Bơm cấp nhiên liệu, đĩa cam và piston được điều khiển bằng trục dẫnđộng và quay theo tỷ lệ bằng một nửa tốc độ của động cơ

Hai lò xo piston đẩy piston và đĩa cam lên các con lăn

Đĩa cam có số mặt cam bằng số xylanh ( động cơ 4 xylanh thì có 4 đĩacam ) Đĩa cam quay trên con lăn cố định nó đẩy piston ra và vào Do đó,piston theo sự dịch chuyển của mặt cam và chuyển động tịnh tiến ăn khớp vớicam và quay Ứng với một vòng quay của đĩa cam, piston sẽ quay một vòng

Nhiên liệu được hút từ rãnh của piston Sau đó nhiên liệu nén mạnhqua van phân phối từ cửa phân phối và bơm vào vòi phun

Cung cấp nhiên liệu :

Khi đĩa cam và piston quay, cửa hút của đầu phân phối đóng, cửa phânphối của piston sẽ thẳng hàng với đường phân phối

Khi đĩa cam chạy trên con lăn, piston đi lên ( chuyển sang phải ) và nénnhiên liệu

Khi áp suất nhiên liệu đạt giá trị ấn định trước, nhiên liệu sẽ được phun

ra qua vòi phun

Kết thúc :

Khi đĩa cam quay tiếp và piston đi lên ( dịch chuyển sang phải ), hai cửatràn của piston bị đẩy ra ngoài vành tràn Kết quả là áp suất nhiên liệu giảmđột ngột và kết thúc nạp nhiên liệu

2.5 Cơ cấu điều ga điện từ

2.5.1 Cấu tạo

Hình 8 : Cơ cấu điều ga điện từ ủa bơm VE

Cơ cấu điều ga điện từ gồm 1 cuộn điều khiển được cấp điện từ ECUđộng cơ theo mức đạp chân ga ( thông qua cảm biến chân ga)

2.5.2 Nguyên lý hoạt động

Lực từ trường do cuộn dây sinh ra sẽ tác động lên một trống lớn và đểcân bằng với lực từ trường thì lò xo hồi vị được lắp đối diện ở phía kia củatrống lớn Trống lớn có một trục được lắp lệch tâm và trục này được lắp vớimột trống nhỏ, trên trống nhỏ lại có một chốt lệch tâm được cắm vào lỗ trênquả ga

Khi người lái xe muốn thay đổi công suất và tốc độ của động cơ thìngười lái xe tác động lên bàn đạp ga và thông qua cảm biến chân ga gửi tínhiệu ( hay ý nguyện của người lái ) gửi về ECU và ECU nhận thêm một số tínhiệu khác như: Ne, THW, VG… Để xuất ra những chuỗi xung có tỷ lệ thườngtrực thay đổi cấp cho cuộn điều khiển của cơ cấu điều ga tạo nên từ trường tácđộng vào trống lớn làm cho trống lớn xoay một góc, kéo theo trống nhỏ cũng

bị xoay đi một góc Khi đó chốt lệch tâm trên trống nhỏ sẽ gạt quả ga tiến lênhay lùi lại để điều chỉnh lượng nhiên liệu phun

ECU sẽ tiếp nhận các tín hiệu từ các cảm biến từ đó tính toán để đưa ralượng phun phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ và tạo thời điểmphun sớm thích hợp nhất.

3 LOẠI BƠM VE ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ BẰNG VAN XẢ ÁP.

3.1 Đặc điểm và phân loại.

Hình 9 : a, Loại máy bơm piston hướng trục

b, máy bơm piston hướng kính

Loại bơm VE này phải có:

+ Bơm sơ cấp, khớp chữ thập dẫn động cam, vành cam lăn, cơ cấu điềukhiển phun sớm

+ Tuy nhiên không có quả ga và piston không có lỗ ngang

+ Có thêm van xả áp và van điều khiển phun sớm, cảm biến tốc độ, cácđiện trở hiệu chỉnh…

3.2 Bơm VE điện tử một piston hướng trục

3.2.1 Đặc điểm và cấu trúc

Bơm VE điện tử kiểu mới một piston hướng trục do không có quả ga nên

để điều khiển lượng nhiên liệu phun ( tức là muốn thay đổi tốc độ động cơ,

công suất của động cơ) thì bơm sử dụng một khoang xả áp thông với khoangxylanh.

Hình 10 : Cấu trúc của bơm piston hướng trục

Hình 11: Các chi tiết của bơm piston hướng trục

3.2.2 Hoạt động

Khi động cơ làm việc thì một bơm sơ cấp loại cánh gạt được bố trí ởtrong bơm VE sẽ hút dầu từ thùng dầu qua lọc và nén căng vào trong khoangbơm đến áp suất 2÷7(kg/cm2 ) và áp suất này gọi là áp suất sơ cấp P1 Dầu có

áp suất P1 được đưa tới chờ sẵn tại cửa nạp và khi phần xẻ rãnh của piston

trùng với cửa nạp thì dầu được nạp vào khoang xylanh Tiếp đó khi pistonquay lên phần không xẻ rãnh ở đầu piston sẽ che lấp cửa nạp đồng thời lúcnày phần lồi của cam đĩa chèo lên con lăn làm cho piston bị đẩy lên để néndầu trong khoang xylanh Dầu trong khoang xylanh bị nén gần tới áp suấtphun thì cửa chia dầu trên piston trùng với một đường dẫn ra một vòi phunnào đó Do vậy, khi dầu trong khoang xylanh đạt áp suất phun thì nó sẽ mởkim phun và phun vào trong buồng cháy động cơ lượng dầu phun vào động cơnhiều hay ít phụ thuộc vào thời điểm mở van xả áp, tức là nếu vòi phun đangphun mà van xả áp được mở ra thì dầu trong khoang xylanh sẽ thông qua van

xả áp về khoang bơm làm mất áp suất phun

3.3 Bơm VE điện tử nhiều piston hướng kính

3.3.1 Cấu tạo

Loại bơm VE nhiều piston hướng kính trước hết vẫn phải có một bơm

sơ cấp để tạo ra áp suất sơ cấp nạp vào trong khoang bơm Trục bơm được nốivới Roto chia và ở Roto chia bố trí 4 piston hướng kính, ở giữa là một lỗkhoan dọc tâm lỗ khoan này thông với cửa nạp dầu và cửa chia dầu Phíangoài Roto chia là một vành có các con lăn và toàn bộ cụ này được đặt trongmột vành cam

Hình 12 : Cấu trúc bơm hướng kính

Hình 13 : Các chi tiết của bơm hướng kính

3.4 Van xả áp ( SPV )

Hình 14 : Van xả áp

Điện trở cuộn dây ở 200C khoảng 1  2

Van xả áp để điều khiển lượng phun

Van xả áp gồm hai loại:

- SPV thông thường: Một piston hướng trục

- SPV trực tiếp: Nhiều piston hướng kính

3.4.1 SPV loại thông thường

áp nguồn cơ bản của xe Ở van chính có một tiết lưu nhỏ để thông áp suất từkhoang xylanh lên mặt trên của khoang chính tạo ra sự cân bằng lực tác độngvào van chính Như vậy van điều khiển chỉ đóng vai trò xả phần áp suất phíatrên của van chính, tạo điều điện cho áp suất ở khoang xylanh đảy van chínhlên mở đường xả áp suất về khoang bơm và kết thức phun

b Hoạt động:

Khi khóa điện bật ON thì cuộn dây của van điều khiển cũng được cấpđiện Để nút (bịt) đường dầu hồi phía trên van chính và như vậy quá trìnhphun dầu xảy ra bình thường Đến khi cần kết thúc phun thì ECU sẽ cắt điện ởcuộn dây van điều khiển, lò xo điều khiển sẽ đẩy lõi thép của van điều khiển

và mở thông khoang trên của van chính với khoang xylanh

Hình 16 : Hoạt động của SPV loại thông thường

3.4.2 SPV loại điều khiển trực tiếp

a Cấu tạo:

Hình 17 : SPV loại điều khiển trực tiếp

SPV loại trược tiếp gồm có: Một cuộn dây, một van điện từ và một lò xo Trái ngược với SPV loại thông thường, lọa SPV hoạt động trực tiếp thíchhợp dùng cho máy bơm có áp suất cao, với các đực điểm là mức độ thích ứng

và lưu lượng phun cao

Hơn nữa, các tín hiệu từ ECU được khuyếch đại bằng EDU để vận hànhvan ở mức điện áp cao khoảng 160 ÷ 190 (V) khi van đóng Sau đó, van vẫn ởtrạng thái đóng khi điện áp giảm thấp xuống.

b Hoạt động

Khi khóa điện được bật ON thì EDU sẽ cấp cho cuộn dây của van điệnmột điện áp khoảng 160 ÷190 (V) và ngay sau đó nó duy trì điện áp trên cuộndây khoảng 60 ÷ 80(V) Khi đó, lõi thép của van sẽ bị từ trường của cuộn dâyhút mạnh và làm cho van đóng chặt cửa hồi dầu Đảm bảo quá trình phunnhiên liệu xảy ra bình thường Khi muốn kết thúc phun thì tín hiệu từ ECUthông qua EDU điều khiển cắt điện ở cuộn dây van xả áp, lò xo sẽ đẩy lõithép đi lên, đồng thời áp lực dầu ở khoang xylanh đẩy phần van để mở đườngdầu xả về khoang bơm làm mất áp suất phun

Hình18 : Hoạt động của SPV loại trực tiếp

3.4.3 Máy bơm piston hướng trục và van xả áp SPV

Hình 19 : Van SPV ở máy bơm piston hướng trục

Hoạt động:

- Hành trình nạp: SPV đóng lại, piston chuyển động sang trái Khí đó

nhiên liệu được hút vào buồng bơm

- Phun : SPV đóng lại Piston chuyển động sang phải, áp suất nhiên liệu

tăng lên và nhiên liệu được bơm đi

- Kết thúc phun: SPV mở ra, do nhiên liệu giảm nên áp suất cũng

giảm xuống Quá trình phun kết thúc Khi các điều kiện ngắt nhiên liệu đượcthực hiên, áp suất không tăng lên do SPV vẫn đang trong trạng thái mở

3.4.4 Máy bơm piston hướng kính và van xả áp SPV:

Hình 20 : Van SPV ở máy bơm piston hướng kính

Hoạt động:

- Hành trình nạp: SPV mở ra, các con lăn và piston mở rộng, hút nhiên

liệu vào trong buồng bơm

- Áp suất tăng: SPV đóng lại các con lăn và piston thu lại làm cho áp

suất tăng

- Phun : SPV đóng lại, Roto quay và nối với cổng bơm và cổng phân

phối cảu Roto để bơm nhiên liệu đi

- Kết thúc phun: SPV mở ra, do lượng nhiên liệu giảm nên áp suất cũng

giảm xuống Quá trình phun kết thúc Khi các điều kiện thỏa mãn để cắt nhiênliệu, áp suất không tăng lê do SPV vẫn đang trong trạng thái mở

3.5 Van điều khiển thời điểm phun TCV

Hình22 : Cấu trúc bộ định thời điểm phun

3.5.2 Sự vận hành của bộ định thời của máy bơm Piston hướng trục

Van TCV được điều khiển bằng tỷ lệ hiệu dụng ( tỷ lệ theo chu kỳ làmviệc ) thời gian tắt/ bật của dòng điện chạy qua cuộn dây Khi điện bật, độ dàithời gian mở van sẽ điều khiển áp suất nhiên liệu trong piston của bộ địnhthời

Hình 23 : Nguyên lý hoạt động TCV

Khi ECU cấp điện cho cuộn dây, dưới tác dụng của lực từ lõi bị hút vềbên phải mở đường dầu thông giữa hai buồng áp lực của bộ định thời KhiECU ngừng cung cấp điện, dưới tác dụng của lực lò xo lõi dịch chuyển về bêntrái đóng đường dầu thông giữa hai buồng áp lực

a Làm sớm thời điểm phun :

Khi độ dài thời gian mở van rút ngắn lại ( tỷ lệ của dòng điện đang sửdụng thấp ), thì lượng nhiên liệu đi tắt giảm xuống Do đó, Piston của bộ địnhthời chuyển động sang trái làm xoay vòng con lăn theo chiều làm làm sớmthời điểm phun

Hình 24 : Làm sớm thời điểm phun

b Làm muộn thời điểm phun :

Khi độ dài thời gian mở van dài ( tỷ lệ của dòng điện đang được sửdụng cao), thì lượng nhiên liệu đi tắt tăng lên Do đó, piston của bộ định thờichuyển sang phải do lực của lò xo để làm quay vành con lăn theo hướng làmmuộn thời điểm phun

Hình 25 : Làm muộn thời điểm phun

3.5.3 Sự vận hành của bộ định thời máy bơm piston hướng kính

Hình 26 : Bộ định thời của máy bơm piston hướng kính

Van TCV được điều khiển bằng tỷ lệ hiệu dụng ( tỷ lệ theo chu kỳ làmviệc ) thời gian tắt/ bật của dòng điện chạy qua cuộn dây Khi điện bật , độ dàithời gian mở van sẽ điều khiển áp suất nhiên liệu trong piston của bộ địnhthời

a Làm sớm thời điểm phun

Khi độ dài thời gian mở van rút ngắn lại ( tỷ lệ của dòng điện đangđược sủ dụng thấp ), thì lượng nhiên liệu đi tắt giảm xuống Do đó, piston của

bộ định thời chuyển động sang trái làm quay vành con lăn theo chiêu làm sớmthời điểm phun

b Làm muộn thời điểm phun

Khi độ dài thời gian mở van dài ( tỷ lệ của dòng điện đang được sủ dụngcao ), thì lượng nhiên liệu đi tắt tăng lên Do đó, piston của bộ định thờichuyển sang phải do lực của lò xo làm quay vành con lăn theo chiều làmmuộn thời điểm phun

II : HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ VỚI ỐNG PHÂN PHỐI

1 KHÁI QUÁT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ VỚI ỐNG PHÂN PHỐI

1.1 Cấu tạo chung :

Hình 27 : Cấu tạo động cơ Diesel điện tử với ống phân phối

Hình 28: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu chung của động cơ

Common Rail

Hệ thống Common Rail gồm các khối chức năng :

- Khối cấp dầu thấp áp : Thùng dầu, bơm tiếp dầu, bộ lọc dầu, ống dẫndầu và đường dầu hồi

- Khối cấp dầu cao áp : Bơm áp cao, Ống phân phối dầu cao áp đến cácvòi phun ( ống rail, ống chia chung), các tyo cao áp, van an toàn và van xả áp,vòi phun

- Khối cơ – điện tử : các cảm biến và tín hiệu, ECU và EDU ( nếu có),vòi phun, các van điều khiển nạp ( còn gọi là van điều khiển áp suất rail )

Vòi phunphunỐng phân phối

ECU điều khiển SCV ( van điều khiển nạp ) để điều chỉnh áp suất nhiênliệu, điều chỉnh lượng nhiên liệu đi vào bơm áp cao.

ECU luôn theo dõi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối bằng cảmbiến áp suất nhiên liệu và thực hiện điều khiển phản hồi

2 CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG

2 Pittong

3 Cam không đồng trục

4 SCV ( Van điều khiển nạp )

5 Van phân phối

6 Bơm cấp liệu

b Nguyên lý vận hành

Píttông B dẫn nhiên liệu vào trong khi pittông A bơm nhiên liệu ra Do

đó, píttông A và B lần lượt hút nhiên liệu từ bơm cấp liệu vào khoang cao áp

và bơm nhiên liệu ra ống phân phối

Việc quay của cam lệch tâm làm cho cam vòng quay với một trục lệch.Cam vòng quay và đẩy một trong hai pittông đi lên trong khi đẩy pittông kia

đi xuống hoặc ngược lại đối với hướng đi xuống

Piston B bị đẩy xuống để nén nhiên liệu và chuyển nó vào ống phânphối khi píttông A bị kéo xuống để hút nhiên liệu vào Ngược lại, khi pittông

A được đẩy lên để nén nhiên liệu và dẫn nó đến ống phân phối thì pittông Bđược kéo lên để hút nhiên liệu lên

Hình 30: Nguyên lý tạo áp suất trong bơm áp cao 2 pitton

5 Dầu từ thùng dầu vào

6 Dầu đến bơm cao áp

2.1.2 Bơm áp cao loại 3 pitton

a Cấu tạo

Hình 32 : Cấu tạo bơm áp cao loại 3 pitton

1 Trục lệch tâm 6 Bơm cấp liệu

2 Cam lệch tâm 7 PCV- Van ĐK nạp

3 Piston bơm 8 Đường dầu hồi

4 Van nạp 9.Dầu hồi về từ ống rail

5 Lò xo hồi vị 10.Đường dầu đến ống