Tiểu luận về hệ thống common rail ford transit

HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL COMMON RAIL I – TỔNG QUAN Động đốt sử dụng nước Anh vào kỷ XVII Gần hai kỷ sau, năm 1892, kỹ sư Rudolf Diesel nghiên cứu phát triển động nhiệt Carnot ngày 23/02/1893 ông nhận sáng chế động mang tên Diesel Trước đây, động cổ điển sử dụng hệ thống điều khiển khí gây nhiều bất tiện, khó khăn cho người sử dụng Ngày nay, loại động có nhiều cải tiến hoàn thiện Với ứng dụng thành tựu ngành điện tử, công nghệ ôtô tiến triển vượt bậc hệ thống điều khiển van nạp nhiên liệu biến thiên thông minh VVT-i (Variable valve timing with intelligence), hệ thống điện tử kích hoạt gối theo thông số cần thiết thời điểm xảy va chạm ARTS (Adaptive restraint technology system), hệ thống phun xăng điện tử EFI (Electronic fuel Injection)…) nhiều thành tựu khác làm cho ô tô hệ an toàn, tiện lợi, sang trọng đáp ứng yêu cầu khách hàng Đặc biệt Hệ thống nhiên liệu động Diesel Common Rail đời thỏa mãn yêu cầu việc tổ chức trình cháy động giúp tăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế tính tiện nghi cao, giảm tiếng ồn, giảm nhiễm mơi trường Hình 1: Động diesel Common Rail ôtô Volvo D5 -2II – HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL COMMON RAIL Gần 80 năm lĩnh vực động diesel, Bosch tiên phong phát triển đổi Sự phát triển bơm phun phân phối tới bơm phân phối pittông xuyên tâm cuối bơm phun trực tiếp Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail thiết kế khác với hệ thống phun điều khiển cam trước Hình 2.1a 2.1b thể vị trí phận hệ thống nhiên liệu động Diesel Common Rail ôtô du lịch Hình 2.1 a: Các phận hệ thống nhiên liệu động Diesel Common Rail ôtô Hình 2.1 b: Vị trí phận hệ thống nhiên liệu động Diesel Common Rail lắp ôtô -32.1 Mô tả Trong hệ thống Diesel Common Rail, nhiên liệu từ thùng chứa (1) bơm cấp nhiên liệu (2) chuyển qua bầu lọc (3) lên bơm cao áp Bơm cấp nhiên liệu hoạt động điện đặt trực tiếp thùng chứa nhiên liệu Khi cắt điện, bơm không cung cấp nhiên liệu động dừng Bơm cấp nhiên liệu gồm môtơ điện phần tử bơm (bơm Roto) Bơm điện đựơc làm mát phần nhiên liệu chảy qua Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail Thùng nhiên liệu Bơm cấp nhiên liệu Lọc nhiên liệu 4.Bơm cao áp & van điều khiển áp suất Đường nhiên liệu cao áp Cảm biến áp suất nối với ECU Ống tích áp Van giới hạn áp suất Đường hồi dầu 10 Các vòi phun 11.ECU (Electronic Control Unit) EDU (Electronic Driver Unit) Bơm cao áp (4) có nhiệm vụ tạo cho nhiên liệu có áp suất cao trình phun Bơm lắp đặt ngăn hệ thống.Nhiên liệu sau khỏi bơm cao áp van diều khiển áp suất chuyển vào ống tích áp Xuất phát từ khái niệm phận tích luỹ nhiên liệu cao áp dùng chung cho tất xy lanh động nên tên hệ thống Common Rail Nhiên liệu ống tích áp (7) ln có áp suất 1350 bar để phun nhiên liệu vào xy lanh thời điểm -4Các vịi phun (10) có chức phun nhiên liệu vào xy lanh động theo điều khiển ECU Vòi phun đặt thân động ECU (11) định lượng nhiên liệu phun, thời điểm phun điều khiển nam châm điện vòi phun Nam châm điện mở vòi phun nhiên liệu phun vào buồng cháy động áp suất cao tồn ống tích áp Nhiều năm qua, việc ứng dụng hệ thống nhiên liệu diesel động phun nhiên liệu trực tiếp ôtô tải nhỏ ôtô du lịch đáp ứng yêu cầu thị trường Sự phát triển góp phần tăng công suất, giảm tiêu thụ nhiên liệu, giảm tiếng ồn khí thải Hệ thống Diesel Common Rail linh hoạt so với hệ thống cũ dẫn động cam: - Áp suất phun đạt đến khoảng 1400 bar - Có thể thay đổi thời điểm phun nhiên liệu - Có thể phun làm giai đoạn phun: phun sơ khởi (pilot injection) phun (main injection) phun kết thúc (post injection) - Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động động - Ứng dụng rộng rãi cho ôtô du lịch ôtô tải nhỏ (công suất đạt đến 30KW/xy lanh), ôtô tải nặng, tàu lửa tàu thủy (công suất đạt đến 200 KW/xy lanh) Động xy lanh với hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail có nhiệm vụ yêu cầu sau: 2.2 Nhiệm vụ yêu cầu 2.2.1 Nhiệm vụ: 1- Chứa nhiên liệu dự trữ, đảm bảo cho động hoạt động liên tục khoảng thời gian quy định 2- Lọc nước tạp chất học có lẫn nhiên liệu 3- Cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết cho chu trình ứng với chế độ làm việc quy định động 4- Cung cấp nhiên liệu đồng vào xy lanh theo trình tự làm việc quy định động 5- Chu trình cơng tác động diesel phụ thuộc vào tình trạng thiết bị cung cấp nhiên liệu, tốc độ toả nhiệt dạng đường cong áp suất môi chất công tác q trình cháy biến thiên theo góc quay trục khuỷu : - Thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu (góc phun sớm ϕ1) - Biến thiên tốc độ phun (quy luật cấp nhiên liệu) -5- Chất lượng phun (mức phun nhỏ đều) - Sự hoà trộn nhiên liệu với khí nạp buồng cháy - Thời gian cung cấp nhiên liệu kéo dài 20÷ 4500 (góc quay trục khuỷu) n = 100 [vg/ph] Trong áp suất nhiên liệu từ 0,15÷ 0,2 [MN/m2] - Áp suất phun nhiên liệu tối thiểu đảm bảo yêu cầu phun nhỏ nhiên liệu, phụ thuộc vào cấu tạo vòi phun cường độ vận động xốy lốc mơi chất buồng cháy phun nhiên liệu (thường không nhỏ 10 [MN/m 2]) Áp suất phun nhiên liệu tối đa thường không vượt 40÷ 50 [MN/m2], 6- Cung cấp nhiên liệu vào xy lanh động lúc theo quy luật định 7- Phun tơi phân bố nhiên liệu thể tích mơi chất buồng cháy, cách phối hợp chặt chẽ hình dạng kích thước phương hướng tia nhiên liệu với hình dạng buồng cháy cường độ vận động môi chất buồng cháy 2.2.2 Yêu cầu: Ngày nay, động diesel có yêu cầu cấp thiết: - Giảm tiêu hao nhiên liệu - Giảm ô nhiễm môi trường - Giảm tiếng ồn - Tăng hiệu suất 2.3 Chức 2.3.1 Chức chính: Hệ thống Diesel Common Rail thực chức sau: - Cung cấp nhiên liệu cho động diesel - Tạo áp suất cần thiết cho trình phun nhiên liệu phân phối nhiên liệu đến xy lanh riêng lẻ - Phun lượng nhiên liệu xác thời điểm thích hợp - Chức việc điều khiển việc phun nhiên liệu thời điểm, lưu lượng, áp suất, đảm bảo cho động diesel hoạt động êm dịu tiết kiệm nhiên liệu 2.3.2 Chức phụ 2.3.2.1 Hạn chế ô nhiễm môi trường -6Hệ thống khơng giảm độ độc hại khí thải lượng nhiên liệu tiêu thụ mà làm tăng tính an tồn, tính kinh tế nhờ hồi lưu khí thải (EGR- exhaust gas recirculation) Nhiên liệu dùng động diesel khó bay so với xăng (nhiệt độ sơi cao) Việc tạo hỗn hợp hịa khí buồng cháy không đồng diễn suốt q trình cháy Tỉ lệ hịa khí định thông số: Áp suất phun, thời gian phun, kết cấu lỗ tia, thời điểm phun, vận tốc dịng khí nạp, khối lượng khơng khí nạp Tất đại lượng ảnh hưởng đến mức tiêu hao nhiên liệu nồng độ khí thải Nhiệt độ q trình cháy q cao lượng ơxy nhiều làm tăng lượng NOx Muội than sinh hỗn hợp nghèo Động diesel cần đốt cháy nhiên liệu Ở chế độ nghèo hợp lý, nhằm giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm muội than, CO, HC… Bộ EGR sử dụng hệ thống Diesel Common Rail phương pháp để giảm lượng NOx không sản sinh làm tăng khói đen Tỉ lệ hịa khí mong muốn đạt nhờ vào áp suất phun cao thực hiệu Một phần khí thải đưa trở ống nạp Ở chế độ tải nhỏ động Điều làm giảm lượng Oxy, làm giảm hiệu trình cháy nhiệt độ cực đại Kết làm giảm lượng NO x Nếu nhiều khí thải nạp lại (q 40% thể tích khí nạp) khói đen, CO HC sinh nhiều, tiêu hao nhiên liệu tăng thiếu Oxy 2.3.2.2 Thời điểm phun nhiên liệu Sự phun sương tơi thời điểm phun nhiên liệu ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu nồng độ khí thải Nhờ vào nhiệt độ trình thấp, phun nhiên liệu trễ làm giảm lượng NOx Nếu phun trễ lượng HC tăng tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn, sinh khói đen chế độ tải lớn Nếu thời điểm phun lệch o khỏi giá trị lí tưởng lượng NO x tăng lên 5% Ngược lại thời điểm phun sai lệch o áp suất đỉnh tăng lên 10 bar, làm tăng nhiệt độ khí thải thêm 20oC Yếu tố nhạy cảm đó, ECU động cần phải điều chỉnh thời điểm phun xác tối đa Nhiên liệu tán nhuyễn tốt giúp hồ trộn khơng khí nhiên liệu hiệu Nó góp phần làm giảm lượng HC có khói đen Với áp suất phun cao, lượng nhiên liệu phun tùy thuộc khí nạp vào hình dạng hình học tối ưu lỗ tia vịi phun giúp cho tán nhuyễn nhiên liệu tốt -7- 2.4 Cấu tạo hệ thống Diesel Common Rail Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail bao gồm hai phận: phận nhiên liệu áp suất thấp phận nhiên liệu áp suất cao 2.4.1 Bộ phận áp suất thấp: Bộ phận nhiên liệu áp suất thấp gồm : Bình nhiên liệu; đường nhiên liệu áp suất thấp; bơm cấp nhiên liệu Hình 2.3 Bộ phận nhiên liệu áp suất thấp bầu lọc nhiên liệu (hình 2.3) 2.4.1.1 Bình nhiên liệu: Hình 2.4 Bơm cấp nhiên liệu 1- Van an toàn; 2- lăn; 3- Động điện; 4- Stato; 5- Rôto; 6- Đầu tiếp xúc; 7- Chổi than; 8- Cổ góp; 9- Trục bơm; 10- Vỏ bơm; 11- Van chiều; 12Bulơng -8Bình chứa nhiên liệu chế tạo từ vật liệu chống ăn mòn giữ khơng bị rị rỉ áp suất gấp đơi áp suất hoạt động bình thường Bình nhiên liệu động phải đặt xa để tai nạn xảy khơng có nguy cháy nổ Trong bình chứa nhiên liệu thường đặt van an tồn, lọc thơ bơm cấp nhiên liệu Cổ nối với bình lọc nhiên liệu thiết bị bù áp suất không rị rỉ xe rung xóc nhỏ vào đường vòng dừng hay chạy đường dốc 2.4.1.2 Đường nhiên liệu áp suất thấp: Tất phận chứa nhiên liệu phải bảo vệ cao khỏi tác động nhiệt độ gây cháy nổ Đối với xe buýt, đường ống nhiên liệu đặt xa không gian hành khách hay cabin xe Đường ống nhiên liệu áp suất thấp mềm bọc thép thay cho đường ống thép nhằm tránh rò rỉ nhiên liệu 2.4.1.3 Bơm cấp nhiên liệu: Bơm cấp nhiên liệu gồm bơm điện có dạng bơm bánh với lọc nhiên liệu Bơm hút nhiên liệu từ bình chứa tiếp tục đưa đủ lượng nhiên liệu đến bơm cao áp 2.4.1.4 Bầu lọc nhiên liệu Khả bầu lọc nhiên liệu định tuổi thọ bơm cung cấp nhiên liệu, vòi phun, bơm cao áp pittông, xy lanh chi tiết khác cuả động … Bầu lọc tinh lọc tạp chất học có kích thước 0,002÷ 0,003 mm khỏi nhiên liệu (trong khe hở xy lanh pittông bơm 0,0025mm) nên bầu lọc chất lượng tốt đảm bảo cho hệ thống làm việc tốt Trên hình 2.5 giới Hình 2.5 Lọc nhiên liệu thiệu bình lọc nhiên 1- Bình lọc gồm nắp bầu lọc; 2- Đường dầu vào; 3Phần giấy lọc; 4- Bọng chứa dầu sau lọc; 5- Đường dầu ra; 6- Phần chứa nước có lẫn dầu ; 7-Thiết bị báo mực nước bầu lọc vượt mức cho phép liệu Trong bình lọc nhiên liệu hệ thống Diesel Common Rail lõi lọc làm giấy lọc -9Một lọc nhiên liệu không hoạt động tốt hư hỏng cho thành phần bơm, van phân phối Vòi phun Bộ lọc nhiên liệu làm nhiên liệu trước đưa đến bơm cao áp, ngăn ngừa mài mòn nhanh chi tiết bơm Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail cần có lọc nước khỏi nhiên liệu Nước trộn lẫn với nhiên liệu ăn mịn hệ thống Một số xe du lịch lắp động Diesel có hệ thống cảnh báo đèn lượng nước bình lọc vượt giá trị định mức 2.4.2 Bộ phận áp suất cao Hình 2.6 Bộ phận nhiên liệu áp suất cao 1- Bơm cao áp; 2- Van cắt nhiên liệu; 3- Đường nhiên liệu áp suất cao; 4- Ống tích áp; 5- Cảm biến áp suất ống; 6- Van giới hạn áp suất; 7- Vòi phun; 8- Tăng áp 2.4.2.1 Bơm cao áp Bộ phận nhiên liệu áp suất cao gồm: Bơm cao áp, van điều khiển áp suất, đường ống nhiên liệu áp suất cao, ống tích áp đóng vai trị tích áp suất cao với cảm biến áp suất nhiên liệu, van giới hạn áp suất, van giới hạn dòng chảy, vịi phun đường ống hồi dầu (hình 2.7) - 10 Bơm cao áp thẳng hàng hãng Bosch giới thiệu năm 1927 đánh dấu khởi đầu hệ thống nhiên liệu diesel Bơm thẳng hàng lắp loại ôtô tải, tàu lửa tàu thủy dùng động diesel Áp suất phun đạt đến khoảng 1350 bar tạo công suất khoảng 160 KW/xy lanh Nhiên liệu tăng áp sau di chuyển đến đường ống áp suất cao đưa vào ống tích áp có hình ống Bơm cao áp lắp đặt thân động cơ, tốc độ quay 1/2 tốc độ động (tối đa 3000vịng/phút) thơng qua khớp nối (coupling), bánh xích hay dây đai có bơi trơn nhiên liệu qua bơm Bơm cao áp phân phối lượng nhiên liệu tỉ lệ với vận tốc quay hàm tốc độ động Trong trình phun, tỉ số truyền phụ thuộc tốc độ trục khuỷu, lượng nhiên liệu mà bơm cung cấp cho đáp ứng chế độ hoạt động Thường tỷ số truyền hợp lý 1:2 1:3 Hình 2.7 Bơm cao áp Common Rail t Bên bơm cao áp, nhiên liệu nén pittơng (hình 2.8) bơm bố trí hướng kính cách 1200 Do pittông hoạt động luân phiên vòng quay nên làm tăng nhẹ lực cản bơm Do ứng suất hệ thống dẫn động giữ đồng Nghĩa hệ thống common rail chịu Hình 2.8 Kết cấu bơm cao áp 1- Trục dẫn động; 2- Pittông bơm; 3- Cam lệch tâm; 4-Đường dầu vào; 5- Đường dầu cao áp đến ống tích áp tải trọng lên hệ thống truyền - 23 Lượng nhiên liệu phun tùy theo thay đổi tốc độ động tải trọng điều khiển xác ECU nên phân phối đến xy lanh Hình 2.16 Các thành phần hệ thống Diesel Common Rail Mặt khác, tỷ lệ khơng khí - nhiên liệu điều khiển vô cấp nhờ ECU việc thay đổi thời gian hoạt động vòi phun (khoảng thời gian phun nhiên liệu) Vì hỗn hợp khơng khí nhiên liệu phân phối đến tất xy lanh tạo tỷ lệ tối ưu ECU ước định xác lượng nhiên liệu phun thời điểm phun Các kết đo dựa vào tính tốn lý thuyết phức tạp hay thực băng thử ECU phát lệnh cần Hình 2.17 ECU thiết để giữ áp suất tích ống tích luỹ cao áp khơng đổi ECU sử dụng giá trị đo cảm biến (ví dụ tốc độ động cơ, vị trí bàn đạp ga ) để tính tốn lượng nhiên liệu phun xác thời điểm phun tối ưu - 24 Trong ECU có lập trình sẵn liệu phun thích hợp cho giá trị đo ECU cịn có chức điều khiển thực hai việc phun “plot” phun “post” 2.4.4 Cảm biến (Sensors) 2.4.4.1 Cảm biến tốc độ trục khuỷu (Crankshaft speed sensor) hoạt động theo nguyên lý làm việc cảm biến điện từ a) Cấu tạo nguyên tắc hoạt động Hình 2.18 Cảm biến tốc độ trục khuỷu 1- Rắc cắm; 2- Lớp cách điện; 3- Thân cảm biến; 4-.Cuộn dây Đĩa tạo tín hiệu NE làm liền với puly trục khuỷu có 36 răng, thiếu (thiếu ứng với tín hiệu tạo chuyển động quay ta xác định góc quay trục khuỷu.Chuyển động quay đĩa tạo tín hiệu làm làm thay đổi khe hở đĩa cuộn nhận tín hiệu NE ECU xác định khoảng thời gian phun Khi xa cực nam châm khe hở lớn, nên từ trở cao, từ trường yếu Tại vị trí đối diện, khe hở nhỏ, nên - 25 từ trường mạnh, cuộn dây xuất dòng điện xoay chiều, đường sức qua nhiều, dịng điện phát sinh lớn Tín hiệu sinh thay đổi theo vị trí răng, ECU đọc xung điện sinh ra, nhờ mà ECU nhận biết vị trí trục khuỷu tốc động Loại tín hiệu NE nhận biết tốc độ động góc quay trục khuỷu vị trí thiếu đĩa tạo tín hiệu, khơng xác định điểm chết kỳ nén hay kỳ thải Cảm biến tốc độ trục khuỷu động tạo tín hiệu G NE Tín hiệu G NE tạo rôto (hay đĩa tạo tín hiệu) cuộn nhận tín hiệu 2.4.4.2 Cảm biến tốc độ trục cam (Camshaft speed sensor) hoạt động theo nguyên lý làm việc cảm biến điện từ a) Cấu tạo nguyên tắc hoạt động Trên trục cam đối diện với cảm biến tốc độ trục cam đĩa tín hiệu G có khuyết Khi trục cam quay, khe hở khơng khí vấu nhô trục cam cảm biến thay đổi Sự thay đổi khe hở tạo điện áp cuộn nhận tín hiệu gắn vào Hình 2.19.Cảm biến tốc độ trục cam 1-Rắc cắm.; 2- Lớp cách điện; 3- Thân cảm biến ; 4- Cuộn dây b) cảm biến này, sinh tín hiệu G Mạch điện cảm biến tốc độ trục cam Tín hiệu G truyền thông tin góc chuẩn trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp với tín hiệu NE từ trục khuỷu để xác định điểm chết kì nén xy lanh để đánh lửa phát góc quay trục khuỷu - 26 ECU động dùng thông tin để xác định thời gian phun thời điểm đánh lửa Cấu tạo hoạt động loại Cảm biến tốc độ trục cam giống loại đặt chia điện, ngoại Hình 2.20 Sơ đồ mạch điện cảm biến tốc độ trục cam 1.Rơto tín hiệu ; 2.Cuộn dây cảm biến tốc độ trục cam trừ loại bỏ hệ thống phân phối điện áp khỏi chia điện Loại tách rời So với loại khác, tạo tín hiệu G NE loại tách rời khác vị trí lắp cảm biến Tuy nhiên chức giống Chuyển động quay đĩa tạo tín hiệu G trục cam đĩa tạo tín hiệu NE trục khuỷu làm thay đổi khe hở khơng khí vấu lồi đĩa cuộn nhận tín hiệu G NE.Sự thay đổi khe hở khơng khí tạo lực điện từ cuộn dây nhận tín hiệu Điều tạo tín hiệu G NE Hình 2.21 Sơ đồ mạch điện, dạng sóng tín hiệu G NE (loại cảm biến tốc độ trục cam) Tín hiệu G1 G2: cuộn nhận tín hiệu răng.Tín hiệu NE: cuộn nhận tín hiệu, 24răng.1 Rơto tín hiệu G, Cuộn nhận tín hiệu G1, Rơto tín hiệu NE, Cuộn nhận tín hiệu NE, ECU động cơ, Cuộn nhận tín hiệu G2 α Tín hiệu G Tín hiệu G1 báo cho ECU động góc trục khuỷu tiêu chuẩn, dùng để xác định thời điểm phun đánh lửa tương ứng với điểm gần điểm - 27 chết kỳ nén xylanh số Tín hiệu G2 thực chức tương tự cho xylanh số Các cảm biến tạo tín hiệu bao gồm đĩa tạo tín hiệu, gắn chặt puly trục cam quay vòng vịng quay trục khuỷu, cuộn nhận tín hiệu G lắp vỏ chia điện Đĩa tạo tín hiệu G có vấu lồi để kích cuộn nhận tín hiệu G lần vịng quay trục cam, tạo tín G1 G2 Từ tín hiệu này, ECU động nhận biết pittông số số điểm chết kỳ nén β Tín hiệu NE ECU động dùng tín hiệu NE để nhận biết tốc độ động ECU động xác định khoảng thời gian phun góc đánh lửa sớm dựa vào tín hiệu Tín hiệu NE tạo cuộn dây nhận tín hiệu NE đĩa tạo tín hiệu NE giống tín hiệu G Chỉ có khác đĩa tạo tín hiệu NE có 12 thay Do vậy, 12 tín hiệu NE tạo vịng quay Từ tín hiệu này, ECU động nhận biết tốc độ động thay đổi 300 góc quay trục khuỷu 2.4.4.3 Cảm biến bàn đạp ga Cảm biến bàn đạp ga lắp cổ họng gió (thân bướm ga) Cảm biến chuyển hóa góc mở bướm ga thành tín hiệu điện áp gửi đến ECU tín hiệu góc mở bướm ga Cảm biến bàn đạp ga loại khơng tiếp xúc có nhiệm vụ chuyển thay đổi mật độ đường sức từ trường thành tín hiệu điện a) Cấu tạo nguyên tắc hoạt động Cảm biến bàn đạp ga loại phần tử Hall gồm có mạch IC Hall làm phần tử Hall nam châm quay quanh chúng Các nam châm lắp trục bướm ga quay trục bướm ga Khi bướm ga mở nam châm quay lúc nam châm thay đổi vị trí chúng Vào lúc IC Hall phát thay đổi từ thơng gây thay đổi vị trí nam châm tạo điện áp hiệu ứng Hall từ cực VTA VTA2 theo mức thay đổi Tín hiệu truyền đến ECU động tín hiệu mở bướm ga - 28 - Hình 2.22 Cảm biến bàn đạp ga sơ đồ mạch điện 1.Các IC Hall; 2.Các nam châm b) Mạch điện cảm biến bàn đạp ga Cảm biến bàn đạp ga có tín hiệu phát dùng để phát góc mở bướm ga dùng để phát hư hỏng Điện áp cấp vào thay đổi từ ÷ 5V tỉ lệ thuận với góc mở bướm ga ECU thực vài phép kiểm tra để xác định hoạt động ECU đánh giá góc mở bướm ga thực tế từ tín hiệu điều khiển mơtơ bướm ga, điều khiển góc mở bướm ga với đầu vào người lái 2.4.4.4 Cảm biến áp suất nhiên liệu ống (Rail pressure sensor) sử dụng cảm biến kiểu biến dung Cảm biến áp suất ống đo áp suất tức thời ống tích áp báo ECU với độ xác thích hợp tốc độ đủ nhanh Nhiên liệu chảy vào cảm biến áp suất ống thông qua đầu mở phần cuối bịt kín 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 phận khuếch đại tín hiệu đưa đến ECU Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc: - Khi màng biến dạng lớp điện trở màng thay đổi giá trị Sự biến dạng (khoảng 1mm 1500bar) áp suất tăng lên hệ thống, thay đổi điện trở gây thay đổi cầu điện trở phận điện - 29 - Hình 2.23 Cảm biến áp suất ống tích áp 1- Bộ phận điện, 2- Màng, 3- Màng phần tử cảm biến, 4- ống dẫn áp suất, 5- Ren lắp ghép 2.4.4.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (coolant sensor) Hình 2.24 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 1-Rắc cắm dây2-Lớp cách điện; 3-Thân cảm biến 4- Điện trở a Cấu tạo nguyên tắc hoạt động Khi động hoạt động, cảm biến nhiệt độ nước làm mát thường xuyên theo dõi báo cho ECU biết tình hình nhiệt độ nước làm - 30 mát động Nếu nhiệt độ nước làm mát động thấp (động vừa khởi động) ECU lệnh cho hệ thống phun thêm xăng động cịn nguội Cũng thơng tin nhiệt độ nước làm mát, ECU thay đổi điểm đánh lửa thích hợp với nhiệt độ động b.Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát Cảm biến nhiệt độ nước làm mát điện trở R mắc nối tiếp Khi giá trị điện trở cảm biến thay đổi theo thay đổi nhiệt độ nước làm mát, điện áp cực THW thay đổi theo Dựa tín hiệu ECU tăng lượng phun nhiên liệu nhằm nâng cao khả ổn định động nguội Cảm biến nhận biết nhiệt độ nước làm mát nhiệt điện trở bên Nhiên liệu bay nhiệt độ thấp cần có hỗn hợp đậm Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, điện trở nhiệt điện trở tăng lên tín hiệu điện áp Hình 2.25 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát THW cao đưa đến 1.Khối cảm biến; 2.Điện trở nhiệt; 3.Khối điều ECU khiển;4.Khối điện trở giới hạn dịng Dựa vào tín hiệu này, ECU tăng lượng nhiên liệu phun vào làm cải thiện khả tải trình hoạt động động lạnh Ngược lại, nhiệt độ nước làm mát cao, tín hiệu điện áp THW thấp gửi đến ECU làm giảm lượng phun nhiên liệu Do điện trở R ECU nhiệt điện trở trongcủa cảm biến nhiệt độ nước làm mát mắc nối tiếp nên điện áp tín hiệu THW thay đổi giá trị điện trở nhiệt điện trở thay đổi Trong trường hợp rắc cắm cảm biến đo nhiệt độ nước làm mát bị ngắt, ECU cho nhiệt độ nước làm mát thấp tăng lượng phun nhiên liệu khoảng hai lần lượng phun nhiệt độ nước làm mát 80 0C Nếu động chạy không tải, hỗn hợp trở nên đậm động chết máy - 31 2.5 Đặc tính phun hệ thống Common Rail Phun nhiên liệu có đường đặc tính hàm số thể mối quan hệ chênh áp trước sau lỗ phun với nhiên liệu qua lỗ Đơn giản vòi phun hở, tiết diện lưu thông lỗ phun luôn số Phương trình Bernoulli, đặc tính vịi phun hở có dạng: p y − pc = Qφ2 ρ nl 2( µ c f c ) Trong đó: py: Áp suất nhiên liệu phía trước lỗ phun(Pa); pc: Áp suất mơi chất buồng cháy (Pa); Qφ : Lưu lượng nhiên liệu qua lỗ phun (m3/s); ρ nl : Khối lượng riêng nhiên liệu (kg/m3) Hình 2.26 giới thiệu hàm (1-1) Động máy kéo hoạt động phạm vị tốc độ rộng từ 500-600 vịng/phút chế độ khơng tải đến 3500÷4000 vịng/phút chế độ tồn tải Trong phạm vi thay đổi chênh áp kể thay đổi khoảng 40 đến 70 lần Như vậy, kể trường hợp có áp suất phun lớn tốc độ cực Hình 2.26 Đặc tính vịi phun hở đại (py- pc ≈ 3÷6 MPa) Khi chạy chậm không tải làm cho nhiên liệu xé tơi tốt khơng có thêm giải pháp đặc biệt.Vịi phun hở thường xuyên có tượng nhỏ giọt sau kết thúc phun thời điểm mà áp suất dư đường cao áp lớn áp suất xilanh Hiện tượng làm giọt nhiên liệu bay chậm, khó cháy kiệt, dễ tạo muội kết keo gây tắc lỗ phun làm giảm công suất hiệu suất động - 32 Các loại vòi phun kín tránh tượng Vịi phun kín tiêu chuẩn (hình 2.27) có kim tỳ lên đế van, gây ngăn cách khơng gian phía trước phía sau mặt tỳ kim phun Hình 2.27 Đặc tính vịi phun kín tiêu chuẩn Hiệu số áp suất p2 sau mặt tỳ kim phun áp suất pz buồng cháy là: p2 − p z = Qφ2 ρ nl 2( µ c f c ) Hàm p2 = f( Qφ ), thể qua đường I (hình 2.27) giống đặc tính - vịi phun hở.Biến thiên áp suất py khơng gian phía trước đế tỳ xác định nhờ hai biểu thức sau: - Phương trình cân lực tác dụng kim phun: A + B.x = p Trong đó: π (d 02 − d12 ) πd 12 + py 4 A- Lực ép ban đầu lò xo ép kim phun (N); B- Độ cứng lò xo (N/m); x- hành trình nâng kim (m) d1, d0- Đường kính trung bình mặt tỳ mũi kim đường kính phần dẫn hướng kim (m) - Phương trình Bernoulli dòng nhiên liệu qua đế tỳ kim cho ta biểu thức sau: Qφ2 ρ nl p y − p2 = 2( µ1 f ) Trong đó: µ1 , f - Hệ số lưu lượng diện tích lưu thơng qua đế tỳ kim f = x.π d1 sin α Trong đó: 2α - Góc mũi kim - 33 Hàm py = f( Qφ ), thể qua đường II (hình 2.27), tăng Qφ đường II sát với đường I, độ nâng kim x không bị hạn chế Tiết diện lưu thông tương đối nhỏ đế kim phun f gây tiết lưu tăng chuyển động rối nhiên liệu đây, cải thiện chất lượng phun tơi, nên giảm bớt áp suất phun (khơng vượt q 40MPa động chạy tồn tải tốc độ lớn nhất) Ở chế độ không tải, chạy chậm vịi phun kín tiêu chuẩn cho chất lượng phun tốt Nhờ có kim phun ngăn cách hai không gian trước sau đế tỳ kim, nên kết thúc phun tránh tượng nhỏ giọt Áp suât nâng kim phun vào khoảng 15÷60 MPa Hành trình nâng kim khoảng 0,3÷0,5 mm để tránh hư hỏng đế tỳ va đập Thông thường f 1/fc ≥ 1,5÷2,0 để tránh gây cản tiết diện lưu thơng Đường IV hàm x = f( Qφ ) Áp suất nâng kim pφ tác dụng lên diện tích hình vành khun fv , ( f v = π (d − d k2 ) , dk – đường lớn mặt tỳ hình côn kim) Khi kim mở, áp suất nhiên liệu vịi phun tác dụng lên tồn diện tích ngang fo phần dẫn hướng kim ( f = πd 02 ' ) Nếu pφ áp suất bắt đầu đóng kim, ' quan hệ pφ pφ sau: Từ đó: Trong đó: pφ' f ≈ pφ f v f pφ' ≈ pφ v ≈ p δ fo f δ= v f0 Cuối trình phun áp suất vòi phun tương đối lớn, muốn cho kim phun đóng nhanh cần chọn δ ≥ 0,75 chọn độ cứng lị xo phạm vi 150÷300 N/mm Đường III (hình 2.27.) hàm py= f( Qφ ) x= xmax (hành trình nâng kim bị hạn chế) Đường đặc tính hệ thống phun Diesel Common Rail thực gần với đường đặc tính lý tưởng: - 34 - Áp suất nhiên liệu lượng nhiên liệu phun độc lập với chế độ hoạt động động (đạt tỷ lệ hỗn hợp A/F lý tưởng) - Khi bắt đầu phun, lượng nhiên liệu phun cần lượng nhỏ Hình 2.28 Đặc tính phun hệ thống Common Rail Hệ thống Diesel Common Rail thực hai yêu cầu nhờ trình phun lần : Phun sơ khởi phun Áp suất tạo độc lập với trình phun Tốc độ bơm cao áp phụ thuộc vào tốc độ động Việc phân phối nhiên liệu thực tế xảy đồng Về vịi phun nối với ống tích áp đường ống ngắn, kết hợp với đầu phun solenoid cung cấp điện qua ECU Khi solenoid khơng cấp điện kim ngừng phun Nhờ áp suất phun không đổi, lượng nhiên liệu phun tỷ lệ với độ dài xung điều khiển van solenoid Yêu cầu mở nhanh solenoid đáp ứng việc sử dụng điện áp cao dòng lớn Thời điểm phun điều khiển hệ thống điều khiển góc phun sớm Hệ thống dùng cảm biến trục khủyu để nhận biết tốc độ động cảm biến trục cam để nhận biết kỳ hoạt động 2.5.1 Phun sơ khởi Thời điểm xuất phun nhiên liệu bắt đầu nhỏ góc quay trục khuỷu 40 0, nhiên liệu bám vào bề mặt pittơng, thành xilanh làm lỗng dầu bơi trơn Phun sơ khởi diễn sớm đến 900 trước điểm chết Một lượng nhỏ nhiên liệu phun vào xilanh để làm mồi giai đoạn phun sơ khởi Kết trình cháy cải thiện đạt số hiệu sau: Áp suất cuối kỳ nén tăng nhờ vào giai đoạn phun sơ khởi nhiên liệu cháy phần Điều giúp tăng đột ngột áp suất khí cháy áp suất cực đại (quá trình cháy êm dịu hơn) giảm thời gian cháy trể - 35 Kết giảm tiếng ồn động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu hiều trường hợp giảm độ nhiễm khí thải gây Q trình phun sơ khởi đóng vai trị gián tiếp việc làm tăng cơng suất động Hình 2.29 Phân bố góc phun nhiên liệu hệ thống diesel Common Rail 2.5.2 Phun Giai đoạn phun giúp tăng lực kéo động cơ, giai đoạn phun sơ khởi Với hệ thống Diesel Common Rail, áp suất phun giữ khơng đổi suốt q trình phun Công suất đầu động phụ thuộc giai đoạn phun tăng lực kéo động 2.5.3 Phun thứ cấp Phun thứ cấp diễn giai đoạn phun đốt cháy NO x Nó xảy q trình giãn nở hay kỳ thải khoảng 200 sau ĐCT Trong q trình phun sơ khởi phun chính, nhiên liệu phun vào không đốt cháy mà bốc nhờ vào sức nóng ống thải Trong suốt kỳ thải, hỗn hợp khí thải nhiên liệu đẩy hệ thống thải qua xupáp thải Tuy nhiên, phần nhiên liệu đưa lại buồng đốt thông qua hệ thống ln hồi khí thải EGR có tác dụng tương tự giai đoạn phun sơ khởi Khi hóa khử lắp để làm giảm lượng NO x, chúng tận dụng nhiên liệu khí thải nhân tố hóa học để làm giảm nồng độ NO x khí thải III – KẾT LUẬN Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail ngày dùng rộng rãi phương tiện giao thông, góp phần tạo nên bước ngoặc cho ngành ơtơ động nhiệt - 36 Hệ thống nhiên liệu Common Rail có khả tạo nhiên liệu tốt phun nhiên liệu với áp suất cao khoảng 1500 bar Nhiên liệu cháy hồn tồn, khơng tạo sản phẩm phụ khác, tạo khói, tạo muội than nên vấn đề nhiễm khơng khí cải thiện nhiều Lượng khí nạp cảm biến lưu lượng khí nạp nhận giá trị đưa ECU, với giá trị từ cảm biến khác gởi ECU xử lí cho lượng nhiên liệu thích hợp cho chế độ tốc độ động Do lượng phun điều khiển xác ECU nên phân phối đến xylanh nhiên liệu điều khiển nhờ ECU việc thay đổi thời gian hoạt động vòi phun, tạo tỷ lệ tối ưu Về mức độ gây ô nhiễm, với đặc điểm phun hai lần phun sơ khởi phun chính, đặc tính hệ thống phun cải thiện có tác dụng khơng ồn giảm độ độc hại khí thải Ngồi cịn có giai đoạn phun thứ cấp thực nhờ hệ thống ln hồi khí thải có tác dung làm giảm nồng độ NOx khí thải Về suất tiêu hao nhiên liệu chân gas trạng thái tự việc phun nhiên liệu bị loại bỏ động sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail nên làm giảm tiêu hao nhiên liệu so với động diesel nguyên thủy Tóm lại, trình cháy hệ thống Common Rail cải thiện đáng kể, tăng tính kinh tế nhiên liệu, giảm nhiễm môi trường, tăng hiệu suất động Ở tốc độ chế độ tải trọng động cơ, lượng nhiên liệu cung cấp xác liên tục nhờ việc kiểm sốt khí thải ECU Thời gian nghiên cứu tài liệu tham khảo hạn chế, không tránh khỏi thiếu sót Kính mong q thầy góp ý giúp đỡ để tiểu luận hoàn thiện Xin chân thành biết ơn Giáo sư -Tiến sĩ Trần Văn Nam tận tình giảng dạy, hướng dẫn giúp đỡ em suốt thời gian học tập nghiên cứu Đại học Đà Nẵng Đà Nẵng, ngày 20 tháng năm 2007 Học viên thực Nguyễn Văn Phụng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] John B Heywood (1988), Internal Combustion Engine Fundamentals, McGrawHill Book Company, Singapore [2] Bùi Văn Ga, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng (1997), Mơ hình hóa q trình cháy động đốt trong, NXB Giáo dục [3] Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng (1999), - 37 Ơtơ ô nhiễm môi trường, NXB Giáo dục [4] Trần Văn Nam (1997) Nghiên cứu hình thành Cacbon monoxit (CO) trình cháy động xăng, Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật, Đà Nẵng [5] Trần Thanh Hải Tùng (1999) Góp phần nghiên cứu hình thành NOx trình cháy động Diesel, Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật, Đà Nẵng [6] Bùi Văn Ga (2002), Quá trình cháy động đốt trong, NXB KH &KT [7] Nguyễn Tất Tiến (2000), Nguyên lý động đốt trong, NXB Giáo dục [8] Lê Văn Doanh - Phạm Thượng Hàn - Nguyễn Văn Hòa - Võ Thạch Sơn - Đào Văn Tân (2005), Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển, NXB KH &KT Các trang Web Diesel Common Rail NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN: ... a: Các phận hệ thống nhiên liệu động Diesel Common Rail ơtơ Hình 2.1 b: Vị trí phận hệ thống nhiên liệu động Diesel Common Rail lắp ôtô -32.1 Mô tả Trong hệ thống Diesel Common Rail, nhiên liệu... phun trực tiếp Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail thiết kế khác với hệ thống phun điều khiển cam trước Hình 2.1a 2.1b thể vị trí phận hệ thống nhiên liệu động Diesel Common Rail ơtơ du lịch... III – KẾT LUẬN Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail ngày dùng rộng rãi phương tiện giao thông, góp phần tạo nên bước ngoặc cho ngành ơtơ động nhiệt - 36 Hệ thống nhiên liệu Common Rail có khả