Hình 1.14.Bộ điều khiển điện ECM.
- Bộ điều khiển điện ECM được gắn trực tiếp trên động cơ là một cái máy tính có sức mạnh lớn, nó cung cấp toàn bộ việc điều khiển điện cho sự hoạt động của động cơ. ECM tập hợp các dữ liệu hoạt động từ động cơ qua các cảm biến. ECM dùng các dữ liệu nhận được từ cảm biến để điều khiển quá trình vận chuyển nhiên liệu ở động cơ, thực hiện phun và xác định
trong với các dạng phần mềm đã được lập trình để xác định được công suất động cơ, mômen và tốc độ vòng quay.
- Hầu hết các động cơ ngày nay được trang bị một bộ ECM, nó có thể được lập trình lại trong một trường xác định nào đó. Có nhiều thiết bị điện có thể được sử dụng để lập chương trình cho ECM . Các thiết bị điện này sử dụng các đèn nháy để mang các phần mềm mới vào trong ECM.
- ECM cũng được sử dụng để ghi các lỗi có thể xảy ra. Những cái lỗi này thường được gây lên khi một thông số đang hoạt động ngoài phạm vi cho phép. Một thiết bị điện có thể sử dụng trong mối liên kết với bộ ECM của động cơ , để hoạt động một vài bộ phận kiểm tra chẩn đoán ở trên các hệ thống điện hay điện tử của động cơ.
1.2.4. Van điều áp suất phun IAP (IAP Control Valve):
1.2.4.1. Giới thiệu chung về van điều áp:
- Nó được đặt bên ngoài bơm thủy lực vòi phun. Van điều áp kiểm soát dòng dầu chảy ra từ bơm thủy lực. Van điều áp cũng điều chỉnh áp suất bơm thủy lực.
- Có 3 bộ phận trong van điều áp: + Van điều áp suất phun.
+ Van bù ( compensator valve ): Gồm 3 thành phần chính: ống cảm biến tải (load sensing) điều khiển sự chảy của dầu đến piston điều khiển, ống giới hạn áp suất phun (pressure limiter spool) và van kiểm tra .
+ Đế van ( chân đế van ).
Chú ý là trường hợp khi bơm có sự trục trặc, ống giới hạn áp suất hoạt động như một van ổn định. Một sự hỏng hóc của bơm sẽ gây ra sự tăng áp suất quá mức độ giới hạn. Van này là một van an toàn với một cái lò xo đơn. Người ta điều chỉnh trước áp suất để van mở. Khi cái van này mở, dầu áp suất cao được đưa đến piston điều khiển. Van này sẽ phản hồi đến bơm và dòng chảy của dầu đang hoạt động mạnh bỗng nhiên trở nên hoạt động ổn định hơn.
- Van kiểm tra làm việc có sự liên hệ mật thiết với ống giới hạn áp suất phun. Van này cho phép dầu áp suất cao chảy đến piston điều khiển, khi ống giới hạn áp suất này đã mở.
- Van điều khiển IAP là một van điều khiển điện cuộn dây sôlênôit. Nó làm việc nhờ ống cảm biến tải để điều khiển áp suất ra của bơm. Van điều áp IAP thật sự là van an toàn, áp suất thủy lực hoạt động điện tử. Van IAP chuyển một tín hiệu điện từ ECM đến phần điều khiển cơ khí của “spool valve” để kiểm soát áp suất ra của bơm.
- Dưới hầu hết các điều kiện bơm hoạt động với lưu lượng dầu quá mức cho phép. Van điều khiển IAP cung cấp thông tin cho ống cảm biến tải để tạo ra lưu lượng dầu có áp suất tác động piston điều khiển để kiểm soát áp suất phun ở mức độ mong muốn. Van IAP là một van sôlênôit ở độ chính xác cao. Van IAP được sử dụng để điều khiển áp suất khởi động, cung cấp áp suất thủy lực cho các vòi phun. MAP đặc tính được lập trình trong ECM gồm một cơ cấu điều khiển áp suất mong muốn đảm bảo cho mọi điều kiện hoạt động của động cơ. ECM sử dụng một dòng điện điều khiển để kiểm soát van IAP. Dòng điều khiển này được sử dụng để thay đổi việc hoạt động của cuộn sôlênôit, nhằm duy trì một áp suất làm việc là gần với áp suất yêu cầu mà đã được lập trình một cách chính xác bởi bộ ECM. 1.2.4.2. Hoạt động của van điều khiển áp suất vòi phun (Van điều khiển IAP):
- Van này bao gồm: chốt hãm lò xo (1), bộ lọc (2), đế (3), cửa xả (4), Lõi sắt từ (5), thân van (6), ống nối (7), đầu chốt (8), chốt đẩy (9), cuộn dây điều khiển (10).
- Van điều khiển IAP là một van dẫn hướng được điều khiển điện thực hiện điều khiển áp suất. Van này được sử dụng để điều chỉnh áp suất phát động. áp suất hoạt động thật sự phải được điều chỉnh ổn định để đạt được áp suất mong muốn và áp suất này phải được điều chỉnh và không chú ý tới tốc độ động cơ, lưu lượng bơm, và lượng dầu thay đổi theo nhu cầu của các vòi phun. Van điều khiển IAP bao gồm 5 bộ phận cơ bản là:
+ Cụm đế (3). + Cửa xả (5).
+ Đầu chốt đẩy (8). + Chốt đẩy (9).
1
2 3 4 5
10
6 7 8 9
Hình 1.15. Hoạt động của van điều khiển áp suất phun.
1- Chốt hãm lò xo; 2- Bộ lọc; 3- Cụm đế van ; 4 Cửa xả; 5- Lõi sắt từ; 6- Thân van; 7- ống nối; 8- Đầu chốt đẩy; 9- Chốt hãm; 10- cuộn dây điều khiển.
- Van điều khiển IAP hoạt động nhờ sử dụng dòng điện biến thiên từ bộ ECM để tạo một từ trường trong cuộn dây điều khiển (10). Từ trường này tác động lên lõi sắt từ (5) và từ trường này sinh ra lực cơ khí. Lực cơ khí này được sử dụng để điều chỉnh vị trí lõi sắt từ (5). Sự điều chỉnh ở trên lõi sắt từ này sẽ ảnh hưởng tới vị trí của chốt đẩy và đầu nấm chốt đẩy (8). - Khi đầu chốt đẩy (8) ở vị trí đóng, cái nấm này cũng chịu sự tác động của áp suất dầu nằm ở phía trong của thân van (6). áp suất ở phía trong thân van này sẽ cố gắng mở chốt đẩy. Khi áp suất dầu từ van cảm biến tải trọng tăng, lực tạo ra từ áp suất dầu đặt nên cái nấm (8) sẽ tăng nên. Khi lực này sẽ vượt qua lực cơ học của cuộn sôlênôit, cái nấm sẽ mở. Khi chốt đẩy này mở nó cho phép dầu chạy đến cửa xả (4) với áp suất cao. Phần dầu đi ra nằm ở trong thân van với áp suất thủy lực thấp hơn. Khi dầu của áp suất thủy lực này giảm xuống thấp thì lực từ trường đặt nên chốt đẩy cũng giảm đi và cái nấm đầu chốt đẩy này sẽ đóng lại.
a. Hoạt động của van khi tắt động cơ: Khi động cơ tắt, dầu sẽ không
cơ áp, nên lực không được tạo ra từ cảm biến tải (1) và sẽ không có tín hiệu truyền từ bộ ECM (2). Cái nấm chốt đẩy (8) thì ở vị trí mở.
1 2
3 4
Hình 1.16. Hoạt động của van khi tắt động cơ.
1- Dầu từ ống cảm biến tải; 2- Dòng điện từ bộ điều khiển điện ECM; 3- Cửa xả; 4- Nấm đầu chốt đẩy.
b. Hoạt động của van khi động cơ khởi động:
3 4
21 1
Hình 1.17.Hoạt động của van khi động cơ khởi động.
1- Dầu từ ống cảm biến tải; 2- Dòng điện từ bộ điều khiển điện ECM; 3- Cửa xả; 4- Nấm đầu chốt đẩy.
- Trong khi động cơ khởi động, áp suất dầu của bộ phun được yêu cầu xấp xỉ 6,2 Mpa (900psi) để làm cho các vòi phun hoạt động. áp suất phát động vòi phun này thấp sẽ tạo ra áp suất phun nhiên liệu vào khoảng 35 Mpa (5000 psi). Lực sinh ra từ áp suất này sẽ tiếp tục tăng cho đến khi áp suất mong muốn đạt được. áp suất mong muốn trong khởi động động cơ
- Yêu cầu cho việc động cơ khởi động nhanh là áp suất phun phải tăng nhanh. Tại vì bơm thủy lực đang được đặt ở chế độ khởi động động cơ, lưu lượng bơm là rất thấp. Bộ ECM gửi một dòng điện rất là mạnh (2) tới van điều khiển IAP để giữ chốt đẩy (4) đóng. Khi chốt đẩy này ở vị trí đóng tất cả dòng dầu qua cửa xả 3 bị đóng. Lưu lượng dầu còn lại đi qua các cửa xả này sẽ bị giữ lại cho đến khi áp suất dầu hoạt động thật sự đạt được 6,2 MPa (870 psi). Bộ ECM không gửi tín hiệu tới các vòi phun ở áp suất hoạt động thật sự nhỏ nhất này đạt được.
- Cần chú ý rằng khi động cơ đã ấm, áp suất được yêu cầu để khởi động động cơ có thể cao hơn 6,2 Mpa (900 psi). Điều quan trọng là các thông tin cho áp suất mong muốn phải được cất giữ trong bảng mạch hoạt động của bộ ECM. Các giá trị cho áp suất mong muốn này là thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ động cơ.
- Một trong số các vòi này bắt đầu hoạt động thì bộ ECM bắt đầu điều khiển dòng điện đến van điều khiển IAP. Bộ ECM sẽ truyền các tín hiệu cho van điều khiển IAP để bảo đảm áp suất hoạt động thật sự qua cảm biến IAP. Bộ ECM sử dụng tín hiệu này từ cảm biến IAP, các tín hiệu từ các cảm biến khác của động cơ, và các “map” đặc tính, để tính toán áp suất mong muốn. Chỉ một áp suất mong muốn đã được tính toán, bộ ECM sẽ so sánh áp suất này với áp suất thực trong đường dầu cao áp. Bộ ECM điều chỉnh các mức độ dòng điện đến van điều khiển IAP để đạt được áp suất yêu cầu.
c. Lưu lượng dầu khi động cơ khởi động:
43 3
21 1
Hình 1.18.Lưu lượng dầu khi động cơ khởi động.
1- Dầu từ ống cảm biến tải; 2- Dòng điện từ bộ điều khiển điện ECM; 3- Cửa xả; 4- Nấm đầu chốt đẩy.
- Khi động cơ khởi động, dầu từ cảm biến tải (1) bắt đầu ở phần cuối của thân van. Dầu có áp suất cao bắt đầu hoạt động và tì vào nấm chốt đẩy (4). Lực dầu này cung cấp bởi áp suất dầu từ cảm biến tải đẩy cái nấm để mở cửa xả. Dòng điện từ bộ ECM (2) làm cho cuộn dây sôlênôit sinh ra một từ trường, từ trường này tạo ra lực nên cái nấm và đóng cửa xả. Cửa xả chỉ là đường xả để tháo dầu ở trong thân van. Dầu đi ra này sẽ chảy đến van cảm biến tải. Van cảm biến này làm cho dầu trực tiếp chảy đến hộp chứa dầu. Khi áp suất dầu ra của bơm tăng, áp suất này ở trong thân van cũng sẽ tăng. Trong khi áp suất ra của bơm không vượt quá lực để đặt lên chốt, đường dẫn này sẽ vẫn còn trở ngại và không hoạt động tốt. Cảm biến tải này sẽ tiếp tục dẫn dầu tới thùng chứa và góc nghiêng sẽ vẫn ở giá trị lớn nhất.
- Sự phối hợp của các lực này từ dòng điện từ bộ ECM và dầu áp suất thấp ở trong thân van sẽ giữ nấm chốt đẩy ở vị trí đóng. Cửa xả sẽ vẫn còn bị đóng trong khi nấm chốt đẩy là ở vị trí đóng. Điều này sẽ tiếp diễn cho đến áp suất thực đạt được 6,2 MPa (900 psi).
d. Hoạt động của van khi động cơ chạy:
3 4
21 1
Hình 1.19.Hoạt động của van khi động cơ chạy.
1- Dầu từ ống cảm biến tải; 2- Dòng điện từ bộ điều khiển điện ECM; 3- Cửa xả; 4- Nấm đầu chốt đẩy.
- Chỉ một lần động cơ khởi động, dòng điện từ bộ ECM (2) điều khiển van IAP để duy trì áp suất mong muốn. Cảm biến IAP kiểm soát áp suất thực ở trong đường dầu áp suất cao trong ống dẫn. Bộ ECM so sánh áp suất thực với áp suất mong muốn 60 lần trong một giây. Nếu áp suất này không phù hợp, bộ ECM điều chỉnh mức dòng điện sẽ được gửi đến van điều khiển IAP. Điều này sẽ làm áp suất thực gần đến áp suất mong muốn
- Cường độ dòng điện được gửi đến cuộn sôlênôit làm thay đổi độ lớn lực từ mà sẽ được dùng để giữ chốt đẩy ở trạng thái đóng. Cuộn sôlênôit, lõi sắt từ (5), và chốt đẩy phục hồi một lò xo được điều khiển điện. Dòng điện được tăng sẽ làm cho lực tạo ra trên cái nấm chốt đẩy tăng lên. Và dòng điện giảm sẽ gây ra độ lớn của lực đó giảm.
- Lực từ được điều khiển bởi bộ ECM được sử dụng để giữ nấm đóng. Khi cái nấm này bị đóng, áp suất này ở trong cái thân van tăng. Khi áp suất này tăng ở trong cái thân van vượt quá lực này, lực mà đang giữ cái nấm được đóng, thì cái nấm sẽ bắt đầu mở. Khi cái nấm này mở, thể tích dầu ở trong thân van bắt đầu rút xuống đường ống. Điều này gây ra cho áp suất của thân van giảm xuống. Khi đó cái nấm lại đóng và áp suất này bắt đầu tăng, và cứ như vậy chu trình lại lặp lại như cũ. Quá trình này cung cấp sự điều khiển đến trạng thái hoạt động của cảm biến tải. Trạng thái hoạt động này sẽ điều khiển lưu lượng dầu đến các pít-tông điều khiển.
- Van điều khiển IAP sử dụng lưu lượng dầu để điều khiển trạng thái của cảm biến tải. Lực do áp suất dầu ở trong thân van cung cấp một phản lực tác động vào áp lực của dầu thông qua van cảm biến tải. Điều khiển áp suất này giúp cho việc kiểm soát trạng thái hoạt động của ống van. Khi van điều khiển IAP cho phép dầu đi qua ống ra của dầu, cảm biến tải cũng cho phép thay đổi vị trí của lỗ thân van. Một lỗ dầu làm cho pít-tông điều khiển được mở và góc nghiêng sẽ giảm. Do vậy, áp suất thực của dầu giảm ở trong các đường dầu.
- Khi áp suất bơm giảm, van điều khiển IAP đóng các đường ống ra của dầu nhờ cái nấm chốt đẩy. Việc này làm giảm lưu lượng dầu đến từ cảm biến tải. Các khoang ở trong lỗ thân van và các lỗ tháo dầu bị ngăn chặn bởi pít-tông điều khiển. Và áp suất dầu ra của bơm tăng lên.
- Mức độ điều khiển được cung cấp cho cảm biến tải được điều khiển bởi bộ ECM. Dòng điện từ bộ ECM được sử dụng để điều khiển vị trí của nấm van. Bằng việc mở và đóng nấm van, lưu lượng dầu từ cảm biến tải có thể được điều chỉnh. Khi cái nấm này được mở lưu lượng dầu từ cảm biến tải sẽ được tăng. Khi dòng điện từ bộ ECM làm đóng cái nấm, lưu lượng dầu từ cảm biến tải sẽ bị giảm.
- Hầu hết là cái nấm và cảm biến tải hoạt động ở vị trí mở không hoàn toàn. Cái nấm và ống cảm biến này mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn chỉ trong các điều kiện dưới đây:
+ Tăng tốc độ. + Giảm tốc độ.
+ Tải động cơ thay đổi đột ngột.
- Khi lưu lượng dầu từ cảm biến tải bắt đầu đi từ phần cuối của thân van, một lượng dầu nhỏ đi vào cái khoang của thân van qua cái lọc (2). áp lực dầu ở trong thân van được điều khiển bởi việc điều chỉnh lực ở trên cái nấm chốt đẩy (4). Thay đổi lực ở trên chốt đẩy cho phép nó xả một ít dầu vào thân van. Vị trí của nấm chốt đẩy sẽ quyết định lưu lượng dầu chảy đến lỗ xả (3) (drain port).
- Lượng dầu cho phép qua nấm chốt đẩy để điều khiển vị trí hoạt động của cảm biến tải. Các vị trí này xác định lượng dầu trực tiếp đến piston điều khiển. Quá trình phản ứng lại các sự thay đổi áp suất ở trên một trong hai mặt của cảm biến tải xảy ra rất nhanh và cái ống này (the spool) sẽ được giữ ở vị trí mở không hoàn toàn. Điều này cho phép áp suất ra của bơm vòi phun nằm trong khoảng 6 MPa (900 psi) và 24 MPa (3500 psi).