Báo cáo hệ thống phun dầu điện tử Common rail

HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Báo cáo: - - HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG HVTH : KS ĐINH VŨ THẮNG Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN Theo trình phát triển động đốt trong, nhiều cấu hệ thống đặc biệt nhằm nâng cao công suất hiệu suất động đời Hệ thống phun xăng điện tử EFI (Electronic Fuel Injection), cấu Valvetronic, hệ thống phun xăng trực tiếp vào xilanh động cho động xăng… hệ thống phun nhiên liệu Common Rail cho động diesel… Năm 1993 hệ thống nhiên liệu thành công phòng thí nghiệm nhờ kết hợp với hãng Robert Bosch vào tháng năm 1997, hệ thống nhiên liệu cho động diesel gọi Common Rail (hệ thống nhiên liệu tích áp) sản xuất hàng loạt ứng dụng cho xe khách Các cụm chi tiết hệ thống nhiên liệu Common Rail gồm: Bơm chuyển nhiên liệu, bơm cao áp, tích áp, vòi phun, cảm biến nhận biết chế độ hoạt động động ECU điều khiển Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL Quá trình phát triển hệ thống common rail hãng Bosch sản xuất: * Năm 1997: hệ thống common rail giới thiết kế cho xe khách với áp suất phun 1350 bar Hãng ứng dụng là: Alfa Romeo Mercedes – Benz * Năm 1999: hệ thống common rail sử dụng cho xe tải áp suất phun tối đa 1400 bar Hệ thống hãng Renault ứng dụng thử nghiệm lần * Năm 2001: hệ thống common rail hệ thứ đời áp dụng cho xe khách mang lại khả tiết kiệm nhiên liệu, giúp động hoạt động êm, giảm khí thải tăng công suất động cơ, áp suất phun 1600 bar Hệ thống áp dụng lần xe khách hãng Volvo BMW * Năm 2002: hệ thống common rail hệ thứ hai áp dụng cho xe tải giúp tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải tăng công suất động cơ, áp suất phun 1600bar, hãng ứng dụng là: Man Ngoài nhãn hiệu Bosch, hệ thống common rail nhiều nhà sản xuất phụ tùng ôtô nghiên cứu, chế tạo Năm 2002 hãng Denso chế tạo thành công hệ thống common rail có áp suất phun 1800 bar Hệ thống cho phép động diesel đáp ứng tiêu chuẩn Euro mà không cần dùng lọc khí thải Hệ thống common rail Denso cho phép phun lần kỳ nổ động Khả phun lần với xác định xác lượng nhiên liệu cực nhỏ làm giảm lượng lớn nồng độ khí thải, đồng thời giúp động hoạt động êm động xăng Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL Hình 1- Hệ thống Common Rail động diesel 1-Thanh tích áp; 2-Các vòi phun; 3-Bơm cao áp Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL SƠ ĐỒ Tp HCM tháng Hình 2-Sơ đồ toàn HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU hệ thống nhiên liệu Common Rail động COMMON RAIL xilanh thẳng hàng 1-Bơm chuyển nhiên liệu; 2-lọc nhiên liệu; 3-Bơm cao áp; 4Cảm biến áp suất, 5-Thanh tích áp; 6-Van điều chỉnh áp suất; 7-Các vòi phun; 8-Cảm biến khối lượng không khí; 9-Cảm biến nhiệt độ nước; 10-Cảm biến nhiệt độ không khí nạp;11-Cảm biến áp suất tăng áp; 12Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 13-Cảm biến vị trí trục cam; 14Cảm biến tốc độ HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL Hình 3- Sơ đồ toàn hệ thống nhiên liệu Common Rail động V8 Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL CẤU TẠO CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL Hình 5-Kết cấu hệ thống nhiên liệu Common Rail; Loại sử dụng động xilanh (a); động V8 (b) Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL Cụm chi tiết áp suất thấp 3.1.1 Bơm lăn (Roller cell pump) Bơm lăn loại bơm điện dùng để chuyển nhiên liệu từ thùng nhiên liệu đến bơm bánh Bơm chạy khởi động động hoạt động, hút nhiên liệu từ thùng chứa (có thể thùng chứa nhỏ bên thùng nhiên liệu thùng bơm nhỏ cấp nhiên liệu) Bơm cấp nhiên liệu cho bơm bánh với áp suất khoảng bar động bắt đầu hoạt động Cho phép động khởi động nhanh với nhiệt độ nhiên liệu Bơm lăn tự động tắt sau động hoạt động (sau mồi nhiên liệu cho bơm bánh răng) Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL Hình 6–Bơm nhiên liệu; a-Bơm lăn; b-Bơm bánh Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL 3.1.2 Bơm bánh (Gear type pump) Bơm bánh thông thường thiết kế gắn liền phía sau trục dẫn động với bơm cao áp Tuy nhiên có số động (động V8) bố trí bơm bánh riêng biệt với bơm cao áp dẫn động trục cam Bơm bánh làm nhiệm vụ tiếp nhiên liệu cho bơm cao áp Bơm bánh hút nhiên liệu từ đường ống nối với bơm lăn thùng chứa, đường ống dầu bơm bánh nối với đường ống dầu vào bơm cao áp Nó bắt đầu hoạt động động bắt đầu hoạt động Lưu lượng bơm bánh hãng Audi AG: 40l/h số vòng quay 300 v/ph, 120l/h số vòng quay 2500 v/ph Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU 5.1thống Tổng Hệ điều khiển động bao gồm cảm biến RAILđộng động cơ, liên tục đo đạc COMMON trạng thái hoạt quan điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit) đánh giá tín hiệu vào cảm biến cách so sánh với giá trị tối ưu nhớ, sau tính toán hình thành xung điều khiển đưa đến thiết bị chấp hành (vòi phun, van điều áp…) Mục đích ứng dụng kỹ thuật điện tử để điều khiển động đốt cung cấp xác thích nghi cần thiết để giảm lượng khí thải độc hại lượng tiêu hao nhiên liệu, cung cấp khả vận hành tối ưu cho chế độ hoạt động khác cung cấp khả tự chuẩn đoán hư hỏng Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL Hình 12-Sơ đồ điều khiển hệ thống nhiên liệu Common Rail động ô tô Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ Cảm biến COMMON RAIL tốc độ động 5.2.1 vị trí trục khuỷu 5.2 Các cảm Cảm biến số vòng quay trục khuỷu lắp biến cạnh bánh đà động đối diện vành khởi động hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ gọi cảm biến từ tính Khi vật chuẩn chuyển động qua trước lõi từ làm biến thiên từ trường lõi sắt dẫn đến tạo xung điện cảm ứng cuộn dây Chu kì xung điện phát tương ứng với góc quay trục khuỷu hai liên tiếp Để xác định vị trí tương đối trục khủyu (như so với ĐCT) người ta tạo chuẩn bánh đà, lỗ hay “khoảng trống” (secment Tp HCM tháng gap) Cảm biến cung cấp HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL Hình 13-Cảm biến tốc độ động vị trí trục khuỷu Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL Cảm biến vị trí bàn đạp ga Cảm biến vị trí bàn đạp ga lắp với bàn đạp ga, chuyển vị trí góc xoay bàn đạp ga thành tín hiệu điện gởi đến ECU Thông thường người ta sử dụng cảm biến vị trí bàn đạp ga loại biến trở, loại có cấu tạo gồm trượt, đầu trượt thiết điểm cho tín hiệu cầm chừng tín hiệu tăng tốc Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL Dùng để đo áp suất đường ống nạp,tuyệt tải đối thay đổi biến áp suất đường ống n áp suất tuyệt đối đường ống nạp thay đổi Cảm biến áp thấp nhận biết thay đổi chuyển thành tín hiệu điện báo cho ECU để tính lượng không khí vào xy lanh Sau đó, dựa vào giá trị này, ECU điều khiển thời gian mở kim phun Hiện có loại: loại áp kế điện, loại điện dung loại sai lệch từ tuyến tính Sau1 giới thiệu loại Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL Cảm biến bao gồm cuộn dây sơ cấp, hai cuộn dây thứ cấp quấn ngược chiều lõi nam châm điện di chuyển, có nguồn điện không đổi đến cuộn sơ cấp Khi lõi giữa, chênh lệch vị trí điện áp không Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, buồng khí hút lõi nam châm điện thay đổi, buồng khí áp hút lõi nam châm điện di chuyển phù hợp với tải động cơ, lúc từ thông qua hai cuộn thứ cấp gây nên chênh lệch điện Tín hiệu thay đổi điện gởi ECU nhận biết áp suất đường ống nạp Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL lý: Điện trở Nguyên nhiệt phần tử ảm biến nhiệt độ nước cảm nhận thay đổi điệnlàm mát trở theo nhiệt độ Nó làm vật liệu có hệ số nhiệt điện trở âm (NTC) Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm ngược lại Sự thay đổi điện trở làm thay đổi dòng điện gởi đến ECU Cấu tạo: Là hình trụ rỗng có ren bên ngoài, bên có gắn điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm Cảm biến Tp.thường HCM tháng 1được gắn thân HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL Cảm biến nhiệt độđộ không nạp Cảm biến nhiệt khí nạpkhí giống cảm biến nhiệt độ, gồm điện trở gắn đo gió đường ống nạp Thể tích mật độ không khí thay đổi theo nhiệt độ, nhiệt độ không khí cao, hàm lượng oxy không khí giảm ngược lại nhiệt độ không khí thấp, hàm lượng oxy không khí tăng Tùy nhiệt độ không khí nạp mà ECU nhận biết điều khiển lượng nhiên liệu phun cho phù hợp Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL Cảm biến đo lưu lượng khí nạp thông thường Cảm lưu đo lượng khíkhí nạp loạibiến cảm biến lưu lượng nạp kiểu dây nhiệt (Hot Wire Air Flow Meter- HFM) Nguyên lý hoạt động dựa phụ thuộc lượng nhiệt W thoát từ linh kiện nung nóng điện dây nhiệt đặt dòng khí Lưu lượng không khí G qua tính theo công thức: W=K.∆t Gn Khi nhiệt độ không khí nạp thay đổi dẫn đến thay đổi ∆t, vấn đề cân nhiệt thực điện trở mắc theo nhánh cầu Wheatstone Trong trình làm việc, mạch điện tử giữ cho chênh lệch nhiệt Tp.độ HCM tháng ∆t dây nhiệt dòng không khí vào HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL ä điều khiển điện tử ECU (Electronic Control U phận 3.1Bộ Cấu tạochính ECU ECU máy tính (Micro computer) Bộ phận chủ yếu vi xử lý (Microprocessor) hay gọi CPU (Control Processing Unit) CPU lựa chọn lệnh xử lý số liệu Bộ nhớ ROM RAM chứa chương trình liệu ngõ vào (I/O) điều khiển nhanh số liệu từ cảm biến chuyển liệu xử Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL Các phận phụ Ngoài nhớ, vi xử lý đồng hồ ECU trang bị thêm mạch giao tiếp đầu vào đầu gồm: Bộ chuyển đổi AD (bộ chuyển đổi tương tự thành số) Bộ đếm Bộ đệm Bộ khuếch đại Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL 5.3.3 Các chức điều Điều khiển lượng khihệ độngthống khiển điện tửnhiên ECU liệu khởi động nhiên liệu Common Rail Điều khiển phun nhiên liệu theo hoạt động xe Điều khiển tốc độ cầm chừng động (tốc độ không tải) Điều khiển nhiên liệu cho động hoạt động êm dịu Điều khiển lượng nhiên liệu giới hạn Điều khiển lượng nhiên liệu cho xe chạy êm dịu Điều khiển hoạt động khẩn cấp Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG NHIÊN COMMON RAIL Áp suất LIỆU phun nhiên liệu lựa chon tuỳ ý không phụ thuộc vào chế độ hoạt động động p suất phun nhiên liệu cao Phun nhiên liệu nhiều lần chu trình công tác động Điều khiển áp suất phun, thời điểm phun lưu lượng phun cách xác Với hệ thống nhiên liệu Common Rail thay sử dụng nhiều động có số xilanh khác nhau, cần làm thí nghiệm nạp liệu lại cho ECU Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL Cải thiện lượng tiêu hao nhiên liệu Cải thiện đặc tính công suất động diesel để có mô men lớn số vòng quay thấp Động hoạt động êm dịu nhờ điều chỉnh chế độ phun mồi (thời điểm phun, lượng nhiên liệu phun) hợp lý Cải thiện đặc tính khởi động lạnh Nâng cao hiệu hoạt động động chế độ hoạt động như: Ngắt ly hợp, vào số, phanh động (động ô tô)… Do giảm hàm lượng khí thải độc hải Tp HCM tháng ... TỬ COMMON RAIL Hình 3- Sơ đồ toàn hệ thống nhiên liệu Common Rail động V8 Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL CẤU TẠO CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL. .. THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL Hình 1- Hệ thống Common Rail động diesel 1-Thanh tích áp; 2-Các vòi phun; 3-Bơm cao áp Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL SƠ ĐỒ Tp HCM tháng... PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL Hình 7-Bơm cao áp loại piston Tp HCM tháng HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL 3.2.2 Thanh tích áp Hình – Thanh tích áp hệ thống nhiên liệu Common Rail vòi phun 1-Thanh