Sự phát triển của động cơ Diesel điều khiển điện tử về mặt cơ bản là phát triển bộ phận điều chỉnh. Với mục đích tăng cơng suất và hiệu suất động cơ, đồng thời phải giảm được lượng khí thải gây ơ nhiễm mơi trường, giảm tiếng ồn và tối ưu trong quá trình sử dụng,... là nguyên nhân dẫn đến sự ra đời của loại phun nhiên liệu điều khiển điện tử ở động cơ Diesel (EDC). Trong các loại động cơ Diesel, loại động cơ phun trực tiếp vận hành với áp suất cao hơn loại động cơ phun gián tiếp và việc tiêu thụ nhiên liệu ở loại động cơ này giảm (10 ÷ 15)% so với động cơ phun gián tiếp.
Ngày nay, với yêu cầu ngày càng khắt khe về vấn đề khí thải và tiếng ồn do động cơ phát ra. Việc chế tạo hệ thống phun và điều khiển nĩ địi hỏi phải đáp ứng các yêu cầu:
- Áp suất phun cao.
- Cĩ thể tự động điều chỉnh thời điểm phun. - Giảm tốc độ tăng áp suất khí cháy.
- Định lượng nhiên liệu phun tuỳ thuộc vào trạng thái hoạt động của động cơ. - Cĩ thể điều chỉnh lượng nhiên liệu khởi động phụ thuộc vào nhiệt độ. - Điều khiển tốc độ cầm chừng một cách độc lập.
- Tiết kiệm nhiên liệu.
- Kiểm sốt khí thải khép kín (EGR). - Tăng tuổi thọ động cơ.
Hệ thống điều khiển động cơ Diesel bằng điện tử (EDC) ra đời để đáp ứng các yêu cầu trên, nhằm từng bước thay thế cho các hệ thống trước đây khơng thể thực hiện được. Việc cung cấp nhiên liệu vào trong xylanh được định lượng bằng điện tử, nhiên liệu được phun một cách hồn chỉnh bởi các dữ liệu xử lý linh hoạt cũng như việc tác động đĩng mở các van điện điều khiển với các bộ tác động bằng điện tử. Như vậy, điều khiển động cơ Diesel bằng điện tử đã cải tiến được những chức năng điều khiển so với bộ điều tốc cơ khí trước đây.
Trên động cơ Diesel, sự hoạt động và quá trình cháy của động cơ phụ thuộc vào: - Lượng nhiên liệu phun vào động cơ.
- Thời điểm phun nhiên liệu. - Áp suất khí thải, áp suất nạp. - Lượng luân hồi khí thải.
Để hồn thiện quá trình hoạt động của động cơ Diesel, thì tất cả các chỉ tiêu trên cần phải hồn thiện. Để đạt được mục đích này, EDC được cung cấp những thơng số chính để tự động đĩng mở các van điều khiển.
Về mặt nguyên lý thì hệ thống điều khiển bằng điện tử trên động cơ Diesel (EDC) cĩ thể điều khiển tất cả các loại hệ thống nhiên liệu (PF, PE, VE, GM, ROOSA-MASTER,...). Tuy nhiên, trên thực tế, hệ thống điều khiển bằng điện tử cĩ thể phân ra 4 loại cơ bản: PE, VE, GM, HEUI. Dưới đây ta chỉ xét về mặt nguyên lý chung của hệ thống điều khiển.
VII.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống EDC
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống EDC được thể hiện trên (hình 12.30), gồm cĩ ba cụm hệ thống:
1) Tín hiệu đầu vào
Tín hiệu đầu vào là các cảm biến dùng để xác định các chế độ làm việc trên động cơ. Các tín hiệu nhận được từ cảm biến sẽ được chuyển thành tín hiệu điện để đưa về bộ điều khiển.
2) Bộ điều khiển điện tử (ECU – Electronic Control Unit)
ECU nhận các tín hiệu vào, qua bộ vi xử lý để tính tốn và xuất các tín hiệu đầu ra.
3) Tín hiệu ra
Các tín hiệu điều khiển từ ECU được đưa đến các bộ phận chấp hành để trực tiếp điều khiển các chế độ làm việc trên động cơ.
Khi động cơ làm việc, chế độ của nĩ được các tín hiệu đầu vào (các cảm biến) tiếp nhận và chuyển tín hiệu này đến bộ điều
khiển ECU (Electronic Control Unit). ECU tiếp nhận và xử lý tín hiệu. Sau đĩ các tín hiệu đầu ra được nhận lệnh điều khiển từ ECU đưa đến các cơ cấu chấp hành. Các cơ cấu này sẽ điều khiển và can thiệp trực tiếp vào quá trình làm việc của động cơ.
Sơ đồ khối điển hình của hệ thống điều khiển điện tử (EDC) được thể hiện trên (hình 12.31).
Hình 12.30. Hệ thống điều khiển điện tử động cơ Diesel (EDC).
1 – cảm biến lưu lượng giĩ; 2 – ECU; 3 – bơm nhiên liệu; 4 – ống trữ chính; 5 – kim phun; 6 – cảm biến tốc độ động cơ;
8 – lọc nhiên liệu ; 9 – cảm biến bàn đạp ga. 4
2 3
5 6 7 8 9
ECU
CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN CÁC CẢM BIẾN Cảm biến sự di động của ty kim Cảm biến nhiệt độ, nước, khơng khí và nhiên liệu Cảm biến vị trí van điều khiển lượng
nhiên liệu Cảm biến lưu lượng giĩ. Cảm biến tốc độ động cơ Cảm biến tốc độ xe Cảm biến áp suất khí quyển Cảm biến bàn đạp ga Vị trí tay số BỘ VI XỬ LÝ Điều khiển lượng nhiên liệu cung cấp Điều khiển cúp dầu (tắt động cơ) Thời điểm phun nhiên liệu EGR Điều khiển khởi động Lưu đồ xử lý BỘ TÁC ĐỘNG TÍN HIỆU CHẨN ĐỐN BƠM CAO ÁP Bộ dẫn động van EGR Bộ điều khiển xơng máy Màn hình báo tín hiệu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
VII.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống EDC
1) Bộ điều khiển điện tử (ECU)
ECU sử dụng cơng nghệ số, các mạch vi xử lý được lắp đặt bên trong nhận tín hiệu vào và xuất tín hiệu ra. Trong các ECU cĩ những bộ điều khiển và những bộ biến đổi các tín hiệu đặt vào (các tín hiệu cảm biến) tương ứng. ECU xác định các thay đổi khác nhau để xử lý từ những tín hiệu của các cảm biến đưa vào.
ECU lưu trữ một số lưu đồ về chế độ làm việc của động cơ, do đĩ tín hiệu điều khiển ECU tuỳ thuộc vào những tín hiệu đặt vào nĩ và chịu sự ảnh hưởng của các thơng tin như :
- Chế độ tải của động cơ. - Tốc độ của động cơ. - Nhiệt độ nước làm mát. - Lượng khơng khí nạp.
Để đạt sự chính xác theo yêu cầu, các tín hiệu vào và ra phải tránh hiện tượng nhiễu tín hiệu hay ngắn mạch. Để làm được điều này, phải trang bị cầu chì bảo vệ ngắn mạch và các hệ thống lọc nhiễu điện tử trên xe để các tín hiệu được tiếp nhận và phản hồi được trung thực.
2) Solenoid tác động điều khiển nhiên liệu cung cấp
Solenoid tác động là một bộ tác động xoay ăn khớp với vịng đai điều khiển lượng nhiên liệu (van định lượng) qua một chốt lệch tâm của trục. Độ mở của lỗ thốt nhiên liệu ra được điều khiển theo từng vị trí của van định lượng, cách thức này cũng giống như việc định lượng bằng cơ khí (dùng cơ khí để điều khiển van cao áp).
Lượng nhiên liệu phun được thay đổi liên tục từ nhỏ nhất cho đến lớn nhất, bằng cách thay đổi gĩc quay làm cho bộ tác động quay dẫn đến thay đổi vị trí của van định lượng. Sự thay đổi được gởi về ECU, nơi quyết định lượng nhiên liệu phun vào sao cho phù hợp với chế độ làm việc của động cơ.
Để an tồn khi khơng cĩ điện áp (0 volt) cung cấp đến bộ tác động thì lị xo hồi vị trong bộ phát động tác động để lượng phun nhiên liệu bằng khơng (khơng cung cấp nhiên liệu)
3) Van điều khiển thời điểm phun nhiên liệu
Áp suất trong bơm phụ thuộc tốc độ bơm. Nhà chế tạo sử dụng một thiết bị điều chỉnh thời điểm phun bằng cơ khí để điều chỉnh áp suất này thơng qua van điện từ. Van điện từ tác dụng lên bộ phun dầu sớm giống như bộ phun dầu sớm bình thường. Van điện từ đĩng mở phụ thuộc vào thời gian tồn tại dịng điều khiển.
Nếu van điện từ được mở liên tục (do sự giảm áp suất) thì thời điểm phun nhiên liệu sẽ trễ hơn. Ngược lại, nếu van điện từ đĩng hồn tồn thì thời điểm phun nhiên liệu sẽ sớm hơn. Tỷ số đĩng /mở cĩ thể được thay đổi một cách liên tục giữa hai giá trị đầu và giá trị cuối được cho trước.
4) Van lưu hồi khí thải EGR
Van EGR cĩ nhiệm vụ điều khiển một lượng khí thải đi trở lại vào đường ống nạp. Lượng khí thải cần thiết đi vào đường ống nạp đã được tính tốn và định trước ở những thời điểm thích hợp được lưu trữ trong ECU.
Van EGR được đặt trên đường ống nối giữa đường ống nạp và đường thải của động cơ. Nĩ đĩng mở theo sự điều khiển của ECU.
5) Hoạt động của hệ thống phun nhiên liệu trên động cơ Diesel điều khiển bằng điện tử
Trong bơm cao áp VE, nguyên tắc của đầu thuỷ lực, bộ phận dẫn động,... hồn tồn gống bơm VE thường. Nĩ chỉ khác nhau ở cơ chế định lượng, cách ghi nhận và phản hồi thơng tin ở bộ ECU
Vì nhiên liệu phải được phun vào động cơ ở áp suất cao nên đầu thuỷ lực, bơm cao áp và các bộ phận dẫn động được duy trì thành 1 hệï thống dưới sự kiểm sốt của bộ điều khiển điêïn tử. Bộ dẫn động điện tử sẽ điều chỉnh vị trí van định lượng, nghĩa là điều chỉnh hành trình cung cấp nhiên liệu của bơm. Việc phun sớm được dẫn động nhờ áp lực nhiên liệu trong bơm qua việc điều khiển của một van điện tử.
6) Hoạt động thu nhận dữ liệu
Bộ dẫn động của bơm phân phối sẽ xác định vị trí van định lượng, nhờ đĩ nĩ cho ra mợt điện áp phản hồi đến ECU tương ứng với một giá trị vị trí hiện tại của van định lượng. Cảm biến bàn đạp ga sẽ ghi nhận vị trí của bàn đạp ga. Cảm biến tốc độ sẽ ghi nhận tốc độ của động cơ. Cảm biến sự dịch chuyển của ty kim phun sẽ ghi nhận kim bắt đầu phun.
Để tăng độ tin cậy, tín hiệu từ đèn STOP cũng được ghi nhận vì khi động cơ đang hoạt động ở tốc độ cao mà đạp thắng thì nhiên liệu cung cấp sẽ bị ngắt. Bên cạnh đĩ các tín hiệu như nhiệt độ dầu, nước, khí nạp, áp suất khí nạp, lượng khí nạp, tốc độ xe, vị trí bàn đạp ly hợp,... đều được các cảm biến ghi nhận báo về ECU.
7) Hoạt động xử lý dữ liệu
ECU nhận được các dữ liệu hoạt động cần thiết từ các cảm biến và xử lý các thơng tin nhận từ các cảm biến để điều chỉnh lượng nhiên liệu phun, thời gian xơng của bougie giúp các chế độ làm việc của động cơ được hồn hảo.