Mã kim phun của kim phun hãng DENSO có 30 kí tự và thường được dặt ở phía trên giắc cắm kim phun. Mỗi kim phun có một mã kim phun riêng biệt để ECU dùng nó để điều khiển phun nhiên liệu tối ưu, nên việc thay lắp kim phun mới cần phải nhập lại mã kim phun cho ECU và không được lắp lẫn những kim phun với nhau.
3.2.4.12 Kim phun nhiên liệu kiểu Piezo của Denso.
Xét về cách điều khiển đóng mở van điện thì có thể phân ra làm 2 loại kim (van) phun.
Loại hoạt động bằng van điện từ ( cuộn cảm van điện từ) : sử dụng nam châm điện từ để đóng mở van.
Loại hoạt động bằng áp điện ( Piezo electric) : sử dụng đặc tính co dãn của gốm tổng hợp khi có dịng điện chạy qua để đóng mở van, cho hiệu quả hơn nhưng đắt tiền hơn.
Có thể nói đối với hệ thống nhiên liệu Common Rail thì kim phun như là một phần tử rất quan trọng, và hiện nay trên hệ thống nhiên liệu Common Rail kim phun kiểu áp điện Piezo được sử dụng rất nhiều.
Sơ lược về nguyên lý và hoạt động của kim phun Piezo, và tìm hiểu nguyên nhân chúng lại đươc sử dụng nhiều trên hệ thống nhiên liệu Common Rail.
Kim phun kiểu áp điện Piezo bao gồm: một Piezo Stack, một piston đường kính lớn, một piston đường kính nhỏ, một van 3 chiều, một kim vịi phun.
Piezo Stack có cơng thức hố học là PbZrTiO3. Piezo stack là khối gồm nhiều hạt Piezo xếp chồng lên nhau thay đổi kích thước khi đc cấp điện áp Piezo stack có thể
co dãn ra khoảng cách là 0.0004inch đủ để nâng van kim phun sau đó phun nhiên liệu sau khi khơng được cấp điện áp nữa thì Piezo stack co lại đóng kim phun.
Piston đướng kính lớn và nhỏ dịch chuyển lên xuống dựa trên sự thay đổi kích thước của Piezo Stack.
Van 3 chiều được dịch chuyển theo Piezo stack và 2 piston để điều khiển áp suất bên trong của kim phun.
Kim vòi phun cũng dịch chuyển lên xuống dựa trên sự dịch chuyển của van 3 chiều. Khi kim vịi phun đươc nhấc lên thì nhiên liệu bắt đầu được phun.
Hình 3.32 Kim phun Piezo
Nguyên lý hoạt động của kim phun kiểu Piezo tương tự như nguyên lý hoạt động của kim phun van điện từ. Nhưng dựa vào sự dãn nở của Piezo stack để đóng mở van.
Ưu điểm của kim phun Piezo
Mở và đóng nhanh hơn những kim phun thế hệ trước nhanh hơn 5 lần.
Điều khiển phun chính xác hơn và xác định lượng phun chính xác hơn, thời gian phản hồi của kim phun cũng nhanh hơn
Sử dụng 2 piston có kích thước khác nhay để giữ cho van kim phun đóng, một piston nhỏ ở trên và piston lớn ở phía dưới.
Việc phun mồi nhiên liệu giúp giảm tiếng ồn, giúp cho việc đốt cháy nhiên liệu được sạch hơn làm giảm NOx và muội than, công suất đầu ra của động cơ cũng tăng được khoảng 10% so với hệ thống Common Rail sử dụng kim phun van điện tử.
3.2.5 Bộ điều khiển điện tử ECU
3.2.5.1 Điều kiện hoạt động
ECU được thiết kế để hoạt động trong mơi trường có đặc tính khắc nghiệt:
Nhiệt độ mơi trường cao ( từ -40OC đến +125OC) với sự dao động về nhiệt lớn.
Ảnh hưởng từ dầu máy hay nhiên liệu.
Ảnh hưởng từ những tác động vật lí như rung lắc của xe, tác động từ sự vận hành của động cơ.
ECU buộc phải hoạt động ở mức hoàn hảo trong trường hợp ở mức điện áp cấp cho ECU thấp cũng như là mức điện áp không ổn định.
3.2.5.2 Bộ xử lý trung tâm ECU
Bộ xử lý trung tâm ECU là bộ tổ hợp vi mạch và các bộ phận dùng để nhận biết các tín hiệu gửi về ( input signal), thơng qua q trình thực hiện các phép tốn được lập trình sẵn trong bộ nhớ để xử lý, cuối cùng đưa ra tín hiệu điều khiển ( output signal). Các tín hiệu điều khiển này sẽ được đưa đến các cơ cấu chấp hành để ECU điều khiển động cơ theo như các chương trình đã được lập trình nhằm giúp động cơ hoạt động tối ưu trong mọi điều kiện làm việc. Một giắc cấm đa chấu dùng nối ECU với hệ thống điện trên xe, với các cơ cấu chấp hành và các cảm biến.
Hình 3.33: Sơ đồ hoạt động của ECU.
3.2.6 Các cảm biến trang bị trên hệ thống Common Rail.
3.2.6.1 Cảm biến nhiệt độ khí nạp ( IAT – Intake Air Temperature)
Cảm biến nhiệt độ khí nạp được lắp ở đường khí nạp, được tích hợp với cảm biến áp suất tăng áp, xác định nhiệt độ khơng khí sau khi đi qua turbo tăng áp. Sử dụng tín hiệu của cả hai cảm biến này, ECU có thể tính tốn được khối lượng khí nạp. từ những tín hiệu của cảm biến nhiệt độ khí nạp, những hệ thống điều khiển khác cũng có thể sử dụng được, như EGR, điều khiển áp suất tăng áp,… giá trị mà cảm biến nhiệt độ khí nạp có thể đo được là từ -400C đến 1250C. Và cảm biến nhiệt độ khí nạp được hãng DENSO sử dụng cho động cơ D4DD là loại cảm biến nhiệt điện trở âm.
Hình 3.35: Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ khí nạp
Hình 3.36: Đặc tính của thành phần nhiệt điện trở
ECU cung cấp điện áp 5V cho hoạt động của cảm biến, khi nhiệt độ khí nạp cao thì điện trở của cảm biến giảm khi đó ECU sẽ nhận mức điện áp thấp, khi nhiệt độ khí nạp thấp, điện trở cảm biến tăng thì lúc này ECU sẽ nhận mức điện áp cao, ECU sẽ sử dụng các tín hiệu này để điều chỉnh lượng nhiên liệu phun, thời điểm phun và hệ thống tuần hoàn khí thải EGR.
0C 0F Ω Volts 90 194 240 0.4 80 176 320 0.5 70 158 430 0.6 60 140 590 0.8 50 122 810 1.1 40 104 1150 1.4 30 86 1650 1.8 20 68 2430 2.3 10 50 3660 2.8 0 32 5650 3.3 -10 14 8970 3.8 -20 -4 14700 4.2
Kiểm tra cảm biến nhiệt độ khí nạp
Kiểm tra điện trở
• Rút giắc của cảm biến IAT.
• Dùng Ohm kế để đo giá trị điện trở giữa chân 3 và 4 của cảm biến IAT. + Điện trở R = 2.3 – 2.4 kΩ (ở nhiệt độ 20oC)
+ Điện trở R = 0.48 – 0.52 kΩ (ở nhiệt độ 80oC)
Nếu điện trở đo được khác với điện trở chuẩn thì phải thay mới cảm biến. Nếu giống với điện trở chuẩn thì chuyển sang bước kiểm tra mạch cảm biến.
Kiểm tra mạch cảm biến
• Rút giắc của cảm biến IAT và giắc của ECU
• Dùng Ohm kế đo thơng mạch giữa chân:
+ IAT -3 với ECU (F39-4) chân 32 : R ~ 0: tốt; R ~ ∞: đứt dây tín hiệu + IAT -4 với ECU (F39-3) chân 20: R ~ 0: tốt; R ~ ∞: đứt dây mass + IAT -3 và ECU (F39-4) chân 32 với mass: R ~ 0: chạm mass; R ~ ∞: tốt
Sửa chữa hoặc thay thế các dây dẫn nếu kết quả kiểm tra là không tốt.
3.2.6.2 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ( ECT – Engine Coolant
Temperature) Mô tả
Những cảm biến nhiệt độ về mặt cấu tạo và nguyên lí hoạt động tương tự nhau, chỉ khác nhau ở vị trí lắp đặt và vai trị của nó trong toàn bộ hệ thống.
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát được lắp vào thân động cơ, dùng để xác định nhiệt độ nước làm mát và cấu tạo và ngun lí hoạt động của nó cũng khơng khác gì so với cảm biến nhiệt độ nhiên liệu. Cảm biến dùng để xác định nhiệt độ nước làm mát động cơ. Cấu trúc cảm biến gồm một nhiệt trở bán dẫn được làm từ kim loại có trị số
nhiệt điện trở âm ở bên trong cảm biến, giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt độ nước làm mát động cơ. Khi nhiệt độ nước làm mát thấp thì điện trở cảm biến cao và ngược lại.
Hình 3.37: Cấu tạo và đặc tính của cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát gửi tín hiệu trực tiếp đến ECU. Nguồn 5V từ ECU được cấp đến cảm biến qua điện trở R. Điện trở R và cảm biến nhiệt độ nước làm mát được nối tiếp với nhau. Khi giá trị điện trở của cảm biến thay đổi theo giá trị nhiệt độ nước làm mát, điện áp báo về hộp cũng thay đổi theo nguyên lý cầu phân áp. Dựa vào tín hiệu này, ECU sẽ hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun và thời gian phun.
Tín hiệu từ ECT được ECU sử dụng để tính tốn các giá trị như:
Tốc độ cầm chừng.
Thời điểm phun của các kim phun.
Lượng nhiên liệu được phun.
Lượng khí xả được tuần hoàn trong hệ thống EGR.
Hệ thống điều khiển q trình xơng máy.
Hiển thị nhiệt độ nước làm mát và đèn báo xông máy trên táp lô.
Ký hiệu Màu dây Chức năng
1 Đen Mass
2 Hồng Lên đồng hồ táp lơ
3 Vàng Tín hiệu
Hình 3.38: Sơ đồ dây cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Kiểm tra điện trở
Rút giắc của cảm biến ECT.
Dùng Ohm kế để đo giá trị điện trở giữa chân 1 và 3 của cảm biến ECT:
+ Điện trở R = (2.47 - 2.67) kΩ (ở nhiệt độ 20oC) + Điện trở R = (0.33 - 0,36) kΩ (ở nhiệt độ 80oC) + Điện trở R = (0.157 - 0,162) kΩ (ở nhiệt độ 110oC)
Nếu điện trở đo được khác với điện trở chuẩn thì phải thay mới cảm biến. Nếu giống với điện trở chuẩn thì chuyển sang bước kiểm tra mạch cảm biến.
3.2.6.3 Cảm biến áp suất tăng áp ( BPS - Boost Pressure Sensor)
Mô tả cảm biến áp suất tăng áp
Cảm biến dùng để đo áp suất tức thời trong đường khí nạp giữa bộ phận tăng áp và động cơ ( giá trị có thể đo được từ khoảng 32.5 đến 284 kPa), giá trị này được so sánh với giá trị độ chân không, chứ không so sánh với giá trị áp suất khí trời. Giá trị mà cảm biến thu được cũng được dùng để tính tốn khối lượng khí nạp và dùng để điều khiển hoạt động của bộ tăng áp tương ứng với yêu cầu của động cơ.
Cảm biến nhiệt độ khí nạp được tích hợp với cảm biến áp suất tăng áp được đặt trên đường ống nạp khơng khí.
Cấu tạo
Thành phần dùng để xác định giá trị áp suất tăng áp là chíp bán dẫn được làm từ silic dạng màng ngăn, được gắn chặt trên đế bằng gốm. Màng ngăn này có khả năng thay đổi điện trở khi có áp suất tác động nhờ có 4 thành phần điện trở được gắn trên màng ngăn này dưới dạng mạch cầu Wheatstone. Chíp silic được bọc bởi một lớp gel đặc biệt, giúp ngăn những tác động tiêu cực của mơi trường. Thơng thường thì cảm biến nhiệt độ khí nạp được tích hợp cùng với cảm biến áp suất tăng áp, vì cả hai cảm biến cần được tiếp xúc trực tiếp với khí nạp, để đảm bảo rằng giá trị mà chúng đo được là chính xác trong mọi thời điểm.
Hình 3.39: Cấu tạo và vị trí lắp đặt của cảm biến áp suất tăng áp.
Hoạt động
Bốn thành phần điện trở trên màng cảm biến có thể thay đổi giá trị dưới tác động của áp lực do khí nạp tác dụng lên màng cảm biến. bốn điện trở được bố trí trên màng ngăn tạo thành mạch cầu Wheatstone. Khi chịu tác dụng của áp lực từ khí nạp, giá trị của hai trong bốn điện trở sẽ tăng lên và hai điện trở cịn lại giảm xuống. vì sự thay đổi điện trở này dẫn đến sự thay đổi về tỉ lệ điện áp UM đi qua các điện trở. Giá trị
UM này dùng để xác định giá trị của áp suất tăng áp.
Hình 3.41: Cấu tạo cảm biến áp suất tăng áp
Giá trị mà cảm biến đo được với điện trở xếp dạng mạch cầu cao hơn khi sử dụng một điện trở độc lập, điều này cho phép cảm biến áp suất khí nạp nhạy hơn. Do ảnh hưởng của nhiệt độ và giá trị của điện trở trên chíp silic đưa ra nhỏ, nên trong cảm biến có sử dụng bộ điều hoà tín hiệu điện tử để khuếch đại giá trị và tuyến tính hố đường cong áp suất.
Giá trị đầu ra của cảm biến ở giữa khoảng 0 đến 5V, được đưa đến ECU động cơ để tính tốn giá trị áp suất.
Màu dây Chức năng
1 Vàng Tín hiệu cảm biến BPS 2 Trắng Cấp nguồn cho các cảm biến 3 Xanh dương Tín hiệu cảm biến IAT
4 Đen Mass
Kiểm tra cảm biến áp suất tăng áp
Kiểm tra bằng mắt
• Tháo cảm biến ra khỏi động cơ.
• Quan sát cảm biến
• Thay mới cảm biến nếu có hư hỏng, nứt bể hoặc gãy.
Kiểm tra điện áp
Bảng 3.3: Bảng giá trị liên quan giữa áp suất và điện áp cảm biến áp suất tăng áp.
• Bật cơng tắc máy ở vị trí ON (động cơ vẫn tắt máy)
• Dùng thiết bị chẩn đốn để đọc giá trị điện áp của cảm biến + Áp suất môi trường: 101 kPa (757.5 mmHg)
+ Điện áp hiển thị: ~ 1.0 V
Nếu điện áp hiển thị khác với điện áp chuẩn thì chuyển sang bước kiểm tra mạch cảm biến. Nếu mạch này khơng hư thì phải thay mới cảm biến.
Nếu giống với điện áp chuẩn thì:
• Khởi động và làm nóng động cơ đạt đến nhiệt độ làm việc bình thường.
• Cho động cơ hoạt động ở chế độ cầm chừng.
• Dùng thiết bị chẩn đốn để đọc giá trị điện áp của cảm biến + Áp suất môi trường: 101 kPa (757.5 mmHg)
+ Điện áp hiển thị: ~ 1.0 V
Nếu điện áp hiển thị giống với điện áp chuẩn thì chuyển sang bước kiểm tra mạch cảm biến.
Kiểm tra mạch cảm biến
• Rút giắc của cảm biến BPS và giắc của ECU
• Dùng Ohm kế đo thông mạch giữa chân:
+ BPS-4 với ECU (F39-3) chân 20: R ~ 0: tốt; R ~ ∞: đứt dây mass + BPS-1 với ECU (F39-2) chân 27: R ~ 0: tốt; R ~ ∞: đứt dây tín hiệu + BPS-2 với ECU (F39-3) chân 23: R ~ 0: tốt; R ~ ∞: đứt dây dương
+ BPS-4 và ECU (F39-3) chân 20 với dương: R ~ 0: chạm dương; R ~ ∞: tốt + BPS-1 và ECU (F39-2) chân 27 với dương: R ~ 0: chạm dương; R ~ ∞: tốt + BPS-2 và ECU (F39-3) chân 23 với mass: R ~ 0: chạm mass; R ~ ∞: tốt Sửa chữa hoặc thay thế các dây dẫn nếu kết quả kiểm tra là không tốt.
3.2.6.4 Cảm biến áp suất môi trường ( BARO)
Mô tả cảm biến áp suất môi trường
Cảm biến áp suất mơi trường được tích hợp trong ECU hoặc được gắn trên động cơ xe, dùng để nhận biết sự thay đổi của áp suất khơng khí của mơi trường xung quanh xe. Do khi xe càng lên cao so với mực nước biển (ví dụ như chạy trên các đồi núi) thì mật độ của khơng khí giảm đáng kể. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến lượng khí nạp vào động cơ và tốc độ của tuốc bin tăng áp. Tín hiệu của cảm biến này được sử dụng cho những vòng điều khiển sử dụng điểm giá trị có tính phụ thuộc cao. Ví dụ như trong hệ thống tuần hoàn khí xả (EGR) và điều khiển tăng áp. Giá trị mà cảm biến này có thể đo được là khoảng 0.6 đến 1.15 bar. Nó được sử dụng để bù đắp cho phù hợp lượng nhiên liệu phun ra khi xe làm việc ở vùng cao (mật độ khơng khí giảm đáng kể). Nếu khơng có cảm biến BARO, khi ECU nhận thấy lượng khơng khí nạp giảm và để duy trì tình trạng làm việc ổn định của động cơ, ECU sẽ điều khiển tăng khí nạp bằng cách tăng
tốc độ turbo tăng áp. Điều này có thể gây hư hỏng turbo. Do đó, cảm biến áp suất mơi trường nằm trong ECU sẽ chống lại việc làm hư turbo tăng áp và tăng độ khói đen trong khí xả động cơ, bằng cách giúp ECU điều chỉnh lượng nhiên liệu, thời điểm phun, thời gian phun và điều khiển quá trình tuần hoàn khí thải phù hợp và chính xác theo áp suất môi trường nhờ vào việc nhận biết điện áp thay đổi của cảm biến theo áp