- ENHANCED OBD
1. Khỏi quỏt chung về hệ thống phun nhiờn liệu diesel điều khiển điện tử dựng ống phõn phối.
Mó bài: MĐ OTO 30 - 6
Mục tiờu của bài:
- Vẽ sơ đồ và trỡnh bày được nguyờn lý hoạt động của hệ thống phun nhiờn liệu diesel điều khiển điện tử dựng ống phõn phốị
- Nờu được nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của cỏc bộ phận trong hệ thống phun nhiờn liệu diesel điều khiển điện tử dựng ống phõn phốị
- Thỏo, lắp, nhận dạng được cỏc bộ phận và chi tiết trọng hệ thống - Chấp hành đỳng quy trỡnh, quy phạm trong nghề cụng nghệ ụ tụ
- Rốn luyện tớnh kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỉ của học viờn.
Nụ̣i dung:
1. Khỏi quỏt chung về hệ thống phun nhiờn liệu diesel điều khiển điện tử dựng ống phõn phối. ống phõn phối.
Việc tạo ra ỏp suất và việc phun nhiờn liệu hoàn toàn tỏch biệt với nhau trong hệ thống common rail. ỏp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ động cơ và lượng nhiờn liệu phun rạ Nhiờn liệuđược trữ với ỏp suất cao trong bộ tớch ỏp ỏp suất cao (high-pressure accumulator) và sẵn sàng để phun. Lượng nhiờn liệu phun ra được quyếtđịnh bởi tài xế, và thờiđiểm phun cũng như ỏp lực phun được tớnh toỏn bằng ECU dựa trờn cỏc biểuđồđó lưu trong bộ nhớ của nú. Sau đú, ECU sẽ điều khiển cỏc kim phun tại mỗi xylanh động cơ để phun nhiờn liệụ Một hệ thống common rail (CR) bao gồm:
- ECU
- Kim phun (injector)
- Cảm biến tốc độ trục khuỷu (crankshaft speed sensor) - Cảm biến tốc độ trục cam (camshaft speed sensor) - Cảm biến bàn đạp ga (accelerator pedal sensor) - Cảm biến ỏp suất tăng ỏp (boost pressure sensor)
- Cảm biến ỏp suất nhiờn liệu trong ống (rail pressure sensor) - Cảm biến nhiệt độnước làm mỏt (coolant sensor)
107
1.1. Chứcnăng của hệ thống
* Chức năng chớnh.
Chức năng chớnh là điều khiển việc phun nhiờn liệu đỳng thời điểm, đỳng lượng, đỳng ỏp suất, đảm bảo động cơ Diesel khụng chỉ hoạt động ờm dịu mà cũn tiết kiệm. * Chứcnăngphụ.
Chức năng phụ của hệ thống là điều khiển vịng kớn và vũng hở, khụng những nhằm giảmđộđộc hại của khớ thải và lượng nhiờn liệu tiờu thụ mà cũn làm tăng tớnh an tồn, sự thoải mỏi và tiện nghị Vớ dụ như hệ thống luõn hồi khớ thải
(EGR - exhaust gas recirculation), điều khiển turbo tăng ỏp, điều khiển ga tự động và thiết bị chống trộm.
1.2. Đặc tớnh phun
So với đặc điểm của hệ thống nhiờn liệu cũ thỡ cỏc yờu cầu sau đó được thực hiện dựa vào đường đặc tớnh phun lý tưởng:
- Lượng nhiờn liệu và ỏp suất nhiờn liệu phun độc lập với nhau trong từng điều kiện hoạt động của động cơ (cho phộp dễ đạt được tỉ lệ hỗn hợp A/F lý tưởng).
- Lỳc bắt đầu phun, lượng nhiờn liệu phun ra chỉ cần một lượng nhỏ. Cỏc yờu cầu trờn đó được thoả món bởi hệ thống common rail, với đặc điểm phun 2 lần: phun sơ khởi và phun chớnh.
Hỡnh 6.1. Đường đặc tớnh phun củahệ thống Common Rail.
Hệ thống common rail là một hệ thống thiết kế theo module, cú cỏc thành phần:
- Kim phun điều khiển bằng van solenoid được gắn vào nắp mỏy - Bộ tớch trữ nhiờn liệu (ống phõn phối ỏp lực cao)
- Bơm cao ỏp (bơm tạo ỏp lực cao)
Cỏc thiết bị sau cũng cần cho sự hoạt động điều khiển của hệ thống: - ECU
- Cảm biến tốc độ trục khuỷu - Cảm biến tốc độ trục cam
108
sử dụng như là bơm cao ỏp để tạo ra ỏp suất. Áp suất được tạo ra độc lập với quỏ trỡnh phun. Tốc độ của bơm cao ỏp phụ thuộc tốc độ động cơ và ta khụng thể thay đổi tỉ số truyền. So với hệ thống phun cũ, việc phõn phối nhiờn liệu trờn thực tế xảy ra đồng bộ, cú nghĩa là khụng những bơm cao ỏp trong hệ thống common rail nhỏ hơn mà cũn hệ thống truyền động cũng chịu tải trọng ớt hơn. Về cơ bản, kim phun được nối với ống tớch ỏp nhiờn liệu (rail) bằng một đường ống ngắn, kết hợp với đầu phun và solenoid được cung cấp điện qua ECỤ Khi van solenoid khụng được cấp điện thỡ kim ngưng phun.
Nhờ ỏp suất phun khụng đổi, lượng nhiờn liệu phun ra sẽ tỷ lệ với độ dài của xung điều khiển solenoid. Yờu cầu mở nhanh van solenoid đượcđỏp ứng bằng việc sử dụng điện ỏp cao và dũng lớn. Thời điểm phun được điều khiển bằng hệ thống điều khiển gúc phun sớm.
Hệ thống này dựng một cảm biến trờn trục khuỷu để nhận biết tốc độ động cơ, và cảm biến trờn trục cam để nhận biết kỳ hoạt động.
* Phun sơ khởi (pilot INJECTION).
Phun sơ khởi cú thể diễn ra sớmđến 900 trước ĐCT. Nếu thời điểm khởi phun xuất hiện nhỏ hơn 400 ĐCT, nhiờn liệu cú thể bỏm vào bề mặt của pớt tơng và thành xy lanh và làm loóng dầu bụi trơn.
Trong giai đoạn phun sơ khởi, một lượng nhỏ nhiờn liệu (1-4 mm3) được phun vào xy lanh để “mồi”. Kết quả là quỏ trỡnh chỏy được cải thiện và
đạtđược một số hiệu quả sau:
Áp suất cuối quỏ trỡnh nộn tăng một ớt nhờ vào giai đoạn phun sơ khởi và nhiờn liệu chỏy một phần.
Điều này giỳp giảm thời gian trễ chỏy, sự tăng đột ngột của ỏp suất khớ chỏy và ỏp suất cực đại (quỏ trỡnh chỏy ờm dịu hơn).
Kết quả là giảm tiếng ồn của động cơ, giảm tiờu hao nhiờn liệu và trong nhiều trường hợp giảm đượcđộ độc hại của khớ thảị Quỏ trỡnh phun sơ khởi đúng vai trũ giỏn tiếp trong việc làm tăng cụng suất của động cơ.
* Giai đoạn phun chớnh (main INJECTION).
Cụng suất đầu ra của động cơ xuất phỏt từ giai đoạn phun chớnh tiếp theo giai đoạn phun sơ khởị Điều này cú nghĩa là giai đoạn phun chớnh giỳp tăng lực kộo của động cơ. Với hệ thống common rail, ỏp suất phun vẫn giữ khụng đổi trong suốt quỏ trỡnh phun.
109
Theo quan điểm xử lý khớ thải, phun thứ cấp cú thể được ỏp dụng để đốt chỏy NOx. Nú diễn ra ngay sau giai đoạn phun chớnh và đượcđịnh để xảy ra trong quỏ trỡnh gión nở hay ở kỳ thải khoảng 2000 sau ĐCT. Ngược lại với quỏ trỡnh phun sơ khởi và phun chớnh, nhiờn liệu được phun vào khụng được đốt chỏy mà để bốc hơi nhờ vào sức núng của khớ thải ở ống pụ. Trong suốt kỳ thải, hỗn hợp khớ thải và nhiờn liệu được đẩy ra ngoài hệ thống thốt khớ thải thụng qua sỳp pỏp thảị Tuy nhiờn một phần của nhiờn liệu được đưa lại vào buồng đốt hụng qua hệ thống luõn hồi khớ thải EGR và cú tỏc dụng tương tự như chớnh giai đoạn phun sơ khởị Khi bộ hoỏ khử được lắp để làm giảm lượng NOx, chỳng tận dụng nhiờn liệu trong khớ thải như là một nhõn tố hoỏ học để làm giảm nồng độ NOx trong khớ thải, ngược lại thỡ muội than sinh ra sẽ nằm trong giới hạn. EGR là một phương phỏp để giảm lượng NOx sinh ra mà khụng làm tăng nhanh lượng khúi đen. Điều này cú thể thực hiện rất hiệu quả với hệ thống Common Rail với tỉ lệ hồ khớ mong muốn đạt được nhờ vào ỏp suất phun caọ Với EGR, một phần của khớ thải được đưa vào đường ống nạp ở chế độ tải nhỏ của động cơ. Điều này khụng chỉ làm giảm lượng ơ xy mà cịn làm giảm quỏ trỡnh chỏy và nhiệt độ cực đại, kết quả là làm giảm lượng NOx. Nếu cú quỏ nhiều khớ thải được nạp lại (quỏ 40% thể tớch khớ nạp), thỡ khúi đen, CO, và HC sẽ sinh ra nhiều cũng như tiờu hao nhiờn liệu sẽ tăng vỡ thiếu oxỵ
* Ảnh hưởng của việc phun nhiờn liệụ
Thời điểm phun, đường đặc tớnh phun, sự tỏn nhuyễn của nhiờn liệu cũng ảnh hưởng đến tiờu hao nhiờn liệu và nồng độ khớ thảị
- Thờiđiểm phun.
Nhờ vào nhiệt độ quỏ trỡnh thấp hơn, phun nhiờn liệu trễ làm giảm lượng NOx. Nhưng nếu phun quỏ trễ thỡ lượng HC sẽ tăng và tiờu hao nhiờn liệu nhiều hơn,và khúi đen sinh ra cả ở chế độ tải lớn. Nếu thời điểm phun lệch đi chỉ 1o khỏi giỏ trị lý tưởng thỡ lượng NOx cú thể tăng lờn 5%. Ngược lại thời điểm phun sớm lệch sớm hơn 20 thỡ cú thể làm cho ỏp suất đỉnh tăng lờn 10 bar, trễ đi 20 cú thể làm tăng nhiệt độ khớ thải thờm 200C. Với cỏc yếu tố cực kỳ nhạy cảm nờu trờn, ECU cần phải điều chỉnh thời điểm phun chớnh xỏc tối đạ
- Đường đặc tớnh phun.
Đường đặc tớnh phun quy định sự thay đổi lượng nhiờn liệu được phun vào trong suốt một chu kỳ phun (từ lỳc bắt đầu phun đến lỳc dứt phun). Đường đặc tớnh phun quyết định lượng nhiờn liệu phun ra trong suốt giai đoạn chỏy trễ
110
(giữa thời điểm bắt đầu phun và bắt đầu chỏy). Hơn nữa, nú cũng ảnh hưởng đến sự phõn phối của nhiờn liệu trong buồng đốt và cú tỏc dụng tận dụng hiệu quả của dịng khớ nạp. Đường đặc tớnh phun phải cú độ dốc tăng từ từ để nhiờn liệu phun ra trong quỏ trỡnh chỏy trễ được giữ ở mức thấp nhất. Nhiờn liệu Diesel bốc chỏy tức thỡ, ngay khi quỏ trỡnh chỏy bắt đầu gõy ra tiếng ồn và sự tạo thành NOx. Đường đặc tớnh phun phải cú đỉnh khụng quỏ nhọn để ngăn ngừa hiện tượng nhiờn liệu khụng được tỏn nhuyễn - yếu tố dẫn đến lượng HC cao, khúi đen, và tăng tiờu hao nhiờn liệu suốt giai đoạn chỏy cuối cựng của quỏ trỡnh chỏỵ
- Sự tỏn nhuyễn nhiờn liệụ
Nhiờn liệu được tỏn nhuyễn tốt thỳc đẩy hiệu quả hoà trộn giữa khơng khớ và nhiờn liệụ Nú đúng gúp vào việc giảm lượng HC và khúi đen trong khớ thảị Với ỏp suất phun cao và hỡnh dạng hỡnh học tối ưu của lỗ tia kim phun giỳp cho sự tỏn nhuyễn nhiờnliệu tốt hơn. Để ngăn ngừa muội than, lượng nhiờn liệu phun ra phải được tớnh dựa vào lượng khớ nạp vàọ Điều này đũi hỏi lượng khớ phải nhiều hơn ớt nhất từ 10 – 40 % (λ =1.1 – 1.4).
2. Sơ đồ và nguyờn lý hoạt động của hệ thống phun nhiờn liệu diesel điều khiển điện tửdựng ống phõn phối