CHƯƠNG 3 BỘ ĐIỀU KHIỂN DIESEL ĐIỆN TỬ 3.1 Giới thiệu
3.2. Lựa chọn vũi phun hệ thống nhiờn liệu CR
Sau khi xõy dựng đặc tớnh động cơ nhằm xõy dựng bộ số liệu EMs nhằm mục đớnh lập trỡnh cho bộ điều khiển trung tõm ECU, việc lựa chọn vũi phun và đặc tớnh của nú cho phộp lập trỡnh chớnh xỏc thời điểm phun nhiờn liệu và lượng nhiờn liệu cung cấp cho một chu trỡnh gct. Cỏc sơ đồ hệ thống CR hiện nay cú nhiều hóng sản xuất, sự khỏc nhau nằm ở chi tiết vũi phun. Cú hai loại vũi phun được sử dụng phổ biến hiện nay là vũi phun dạng CRI (Common Rail Injector) và HEUI (Hydraulic Electronic Unit Injection).
Vũi phun dạng CRI (CommonRail Injector):
Đõy là loại vũi phun của hóng Bosch (Đức) và hóng Nippon Denso (Nhật), hỡnh 3.1 giới thiệu sơ đồ cấu tạo vũi phun dạng này. Lượng nhiờn liệu phun và thời gian phun được xỏc định bằng ECU (bộ điều khiển điện tử) và tớn hiệu điều khiển được gửi tới van điện từ (electromagnet) trờn vũi phun, quỏ trỡnh đúng mở vũi phun được điều khiển bằng van điện từ. Đầu tiờn một lượng nhỏ nhiờn liệu được phun vào (phun mồi), sau đú là quỏ trỡnh phun chớnh (phun 2 hoặc 3 giai đoạn). Khi vũi phun khụng hoạt động, nhiờn liờu cao ỏp từ bỡnh tớch ỏp accumulator (rail) liờn tục được cung cấp đến vũi phun qua hệ thống ống dẫn. Trong giai đoạn này, van điện từ của vũi phun ở trạng thỏi đúng, van điều khiển vũi phun sẽ đúng đường nhiờn liệu hồi về thựng chứa và mở đường nhiờn liệu nối bỡnh tớch ỏp với khoang pớt tụng điều khiển của vũi phun, do đú ỏp suất nhiờn liệu sẽ tỏc động lờn pớt tụng điều khiển và giữ kim phun ở vị trớ đúng kớn trờn đế của nú.
Khi bắt đầu phun (thời điểm được xỏc định bởi ECU) một xung điện sẽ được gửi đến cuộn dõy điện từ của van điều khiển vũi phun, van điều khiển được kộo lờn và đúng kớn đường nhiờn liệu cao ỏp dẫn tới khoang pớt tụng điều khiển và mở đường nhiờn liệu hồi về thựng chứa, lỳc này ỏp suất nhiờn liệu phớa trờn pớt tụng điều khiển lập tức giảm xuống, trong khi ỏp suất nhiờn liệu trong khoang vũi phun vẫn duy trỡ bằng ỏp suất trong bỡnh tớch ỏp (rail). Do đú, ỏp suất nhiờn liệu sẽ tỏc động lờn mặt cụn của kim phun, thắng lực nộn của lũ xo vũi phun, kim phun được nõng lờn và nhiờn liệu phun vào trong xi lanh động cơ.
Kết thỳc phun: khi đó phun hết lượng nhiờn liệu tớnh toỏn, xung điện từ ECU gửi đến van điện từ điều khiển vũi phun bị ngắt, lũ xo hồi vị của van sẽ nhanh chúng đẩy van về vị trớ đúng đường nhiờn liệu hồi về thựng chứa và mở đường nhiờn liệu cao ỏp đến khoang pớt tụng điều khiển của vũi phun, ngay lập tức, kim
phun đúng lại và quỏ trỡnh phun kết thỳc. Vũi phun dạng này được sử dụng phổ biến trờn cỏc loại động cơ diesel cú hệ thống nhiờn liệu kiểu CR của cỏc hón chế tạo chõu Âu và chõu Á trờn cỏc loại hệ thống nhiờn liệu một dũng thuỷ lực, yờu cầu ỏp suất nhiờn liệu trong rail rất cao và chớnh là ỏp suất được tạo ra bởi bơm cao ỏp.
Hỡnh 3.1. Vũi phun kiều CRI với van điện từ [10]
Vũi phun kiểu piezo:
Đõy là loại vũi phun sử dụng cho động cơ diesel cú hệ thống nhiờn liệu CR hiện đại nhất, cho phộp cải thiện rất đỏng kể về cỏc chỉ tiờu kinh tế - năng lượng và ụ nhiễm mụi trường [10]. Loại vũi phun này do hóng Siemen (Đức) nghiờn cứu phỏt triển và hiện nay ngoài Siemen, một số hóng cũng nghiờn cứu và sản xuất loại vũi phun này như DENSO (Nhật). Loại vũi phun này cú nguyờn lý dựa trờn nguyờn lý piezo ỏp điện, cho phản ứng tức thỡ đối với cỏc xung điện ỏp điốu khiển. Vũi phun loại này cực nhạy, cho phộp điều khiển nhanh hơn 4 lần so với vời phun kiểu van điện từ truyền thống [10], do vậy cho phộp tối ưu hoỏ quỏ trỡnh phun và tạp hỗ hợp (cú thể phun tới bảy giai đoạn trong một chu kỳ cấp nhiờn liệu) và kết quả là làm
giảm đỏng kể cỏc chất thải dạng hạt (PM) và NOx. Tiến sĩ Andreas Pfeifer, giỏm đốc thiết kế hệ thống, thuộc chương trỡnh xe sạch [11] cho biết vũi phun loại này sẽ được đưa vào sử dụng vào năm 2009 trờn cỏc xe du lịch, trở khỏch, tải nhẹ với ỏp suất phun lờn tới 200MPa hoặc cao hơn, đỏp ứng cỏc yờu cầu về khớ thải theo tiờu chuẩn Euro 6, cho phộp giảm tới 35% lượng PM và NOx so với cỏc hệ thống CR thụng thường. Đõy sẽ là loại vũi phun chủ yếu trờn cỏc loại động cơ sử dụng hệ thống nhiờn liệu kiểu CR.
Vũi phun kiểu HEUI (hydraulically actuated electronically controlled unit injector): Đõy là vũi phun kiểu tăng ỏp thuỷ lực điều khiển điện tử, được sử dụng trờn hệ thống nhiờn liệu CR do hóng Caterpillar (Mỹ) nghiờn cứu phỏt triển từ những năm 90 của thế kỷ trước. Hỡnh 3.2 mụ tả sơ đồ nguyờn lý của hệ thống nhiờn liệu CR sử dụng HEUI trờn cỏc động cơ cửa hóng CAT.
ECUspeed speed signal 1 2 3 4
fuel return line 5 6 7 8 9 TDC signal 12 pedal sensor temperature and pressure sensor power 1 10 11
Hỡnh 3.2. Sơ đồ hệ thống nhiờn liệu HEUI [8]
1. Thựng dầu bụi trơn; 2- Lọc dầu; 3- Bơm dầu nhờn cao ỏp; 4- Bỡnh tớch ỏp (Rail); 5-Van điều ỏp; 6- van điện từ; 7- Vũi phun HEUI; 8- Van một chiều; 9- Bơm chuyển nhiờn liệu; 10- Lọc nhiờn liệu; 11- Thựng nhiờn liệu; 12- ECU
Hệ thống bao gồm hai mạch thuỷ lực: dầu nhờn và nhiờn liệu. Mạch nhiờn liệu cung cấp nhiờn liệu cho vũi phun, bom chuyển nhiờn liệu 10 đưa nhiờn liệu từ thựng đựng nhiờn liệu lờn cung cấp cho voi phun với ỏp suất thấp, khoảng 0,2 MPa. Mạch dầu nhờn tạo ra dầu cú ỏp suất cao cung cấp cho bỡnh tớch ỏp và vũi phun theo yờu
cầu. Dầu nhờn được hỳt từ bỡnh dầu qua lọc và bơm cao ỏp cấp cho Rail 4, bơm dầu cao ỏp thường là bơm piston, ỏp suất dầu nhờn được tạo ra khoảng 4-23 MPa được tớch trong bỡnh tớch ỏp 4 gần vũi phun, ỏp suất này được điều khiển bởi van định ỏp 5. ECU nhận cỏc tớn hiện từ cỏc cảm biến để xỏc định chế độ làm việc của động cơ và tạo ra cỏc xung điện ỏp gửi tới điều khiển vũi phun HEUI. Hỡnh 3.3 là sơ đồ cấu tạo của vũi phun loại HEUI.
Hỡnh 3.3. Sơ đồ vũi phun kiểu HEUI [8]
Vũi phun kiểu HEUI cú ưu điểm là ỏp suất do bơm cap ỏp tạo ra cung cấp cho ống tớch ỏp (rail) khụng yờu cầu cao mà ỏp suất phun vẫn đạt được rất cao do sự khuếch đại ỏp suất thủy lực trong hai khoang (vũi phun và cụng tỏc) trờn vũi phun, tỷ số khuếch đại ỏp suất phụ thuộc vào tỷ số diện tớch của hai mặt piston khuếch đại ỏp suất (hỡnh 3.3). Do đặc điểm của vũi phun HEUI, đề tài chọn phương ỏn dựng loại vũi phun này để xõy dựng bộ xung điều khiển tương ứng với gct đó xỏc định.