HỢP
1. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ EUI ( Electronic Unit Injection ) 1.1. Khái quát
Hình 41: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EUI
1. Thùng dầu 4. Bầu lọc tinh
2. Bầu lọc thơ 5. Các vịi phun
3. Bơm chuyển nhiên liệu 6. ECM
7. Các cảm biến
Mặc dù được giới thiệu vào cuối những năm 80, nhưng hệ thống nhiên liệu EUI đã đạt được những thành tựu nhất định về mặt cấu tạo, nâng cao tính năng làm việc và độ tin cậy. EUI cịn là tiền đề cho hệ thống nhiên liệu HEUI – Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector – (Tác động thủy lực, điều khiển điện tử )sau này.
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực
- Các vịi phun EUI: Tạo ra áp suất phun tới 207000 kPa (30.000 psi) và ở tốc độ định mức nĩ phun tới 19 lần/s;
- Bơm chuyển nhiên liệu: Cung cấp nhiên liệu cho các vịi phun bằng cách hút nhiên liệu từ thùng chứa và tạo ra một áp suất từ 60-125 psi;
- Mơ-đun điều khiển điện tử (ECM – Electronic Control Module): Là một máy vi tính cơng suất lớn điều khiển các hoạt động chính của động cơ;
- Các cảm biến: Là những thiết bị điện tử kiểm sốt các thơng số của các động cơ: như nhiệt độ, áp suất, tốc độ… và cung cấp các thơng tin cho ECM bằng một điện thế tín hiệu.
- Các thiết bị tác động: Là những thiết bị điện tử sử dụng các cường độ dịng điện từ ECM để làm việc hoặc thay đổi hoạt động của động cơ. Ví dụ thiết bị tác động vịi phun là cơng tắc điện từ.
1.2. Hệ thống dẫn động phun
Hình 42 : Sơ đồ dẫn động hệ thống nhiên liệu vịi phun điện tử
1. Ê cu điều chỉnh 4. Đũa đẩy
2. Cụm cị mổ 5. Trục cam
3. Vịi phun
Vịi phun tạo ra áp suất nhiên liệu. Lượng nhiên liệu thích hợp được phun vào xi lanh ở những thời điểm chính xác. Mơdun điều khiển điện tử ECM (Electronic Control
Module) xác định thời điểm phun và lượng nhiên liệu cần phun. Vịi phun được dẫn động bởi vấu cam và cơ cấu địn gánh. Trục cam cĩ ba vấu cam cho mỗi xi lanh. Hai vấu dẫn động van nạp và van xả, cịn một vấu dẫn động cơ cấu vịi phun. Lực được truyền từ vấu cam dẫn động vịi phun trên trục cam qua con đội đến đũa đẩy. Lực của đũa đẩy được truyền qua cơ cấu cụm cị mổ và tới đỉnh vịi phun. Ecu điều chỉnh cho phép điều chỉnh vịi phun
1.3. Cấu tạo của vịi phun
Hình 43 : Các bộ phận chính của vịi phun
1. Van ĐK điện từ 4. Xi lanh
2. Xi lanh ép 5. Cụm vịi phun
3. Pittong Lơng giơ
1.4. Hoạt động của vịi phun
Hoạt động của vịi phun điện tử EUI bao gồm 4 giai đoạn sau: Trước khi phun, Phun, Kết thúc phun và nạp nhiên liệu. Các vịi phun dùng pít tơng lơng-giơ và xi lanh để bơm nhiên liệu áp suất cao vào buồng đốt. Các bộ phận của vịi phun bao gồm cơng tắc điện từ, xi lanh ép, pít tơng lơng-giơ, xi lanh và cụm đầu vịi phun. Các chi tiết của cụm đầu
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực
phun gồm lị xo, kim phun và một đầu phun. Van ống bao gồm các bộ phận: Cơng tắc điện từ, phần ứng, van đĩa và lị xo van đĩa.
Vịi phun được lắp vào lỗ vịi phun trên mặt quy lát cĩ đường cấp liệu thống nhất. Ống lĩt vịi phun cách ly nĩ với chất làm mát động cơ và áo nước. Một số động cơ sử dụng ống lĩt làm bằng thép khơng rỉ được ép nhẹ vào mặt quy lát
Nạp nhiên liệu Phun nhiên liệu Hình 44 : Các giai đoạn hoạt động của vịi phun
.
Trước khi phun: Việc tạo sương mù trước khi phun bắt đầu với pít tơng lơng-giơ và xi lanh ép của vịi phun ở trên đỉnh của hành trình phun nhiên liệu. Khi rãnh của pít tơng lơng-giơ đầy nhiên liệu, van trụ và van kim ở vị trí mở. Nhiên liệu ra khỏi rãnh của pít tơng lơng-giơ khi cơ cấu địn gánh đẩy xi lanh ép và pít tơng lơng-giơ đi xuống. Dịng nhiên liệu bị van kim đĩng chặn lại sẽ chảy qua van trụ mở về đường cấp nhiên liệu trong mặt quy lát. Nếu cơng tắc điện từ cĩ điện, van trụ tiếp tục mở và nhiên liệu từ pít tơng lơng giơ tiếp tục chảy vào đường cấp nhiên liệu.
Phun: Để bắt đầu phun, ECM gửi một dịng điện tới cơng tắc điện từ trên van ống.
Cơng tắc điện từ tạo ra từ trường để hút phần ứng. Khi cơng tắc điện từ hoạt động, bộ phần ứng sẽ nâng van trụ do đĩ van trụ tiếp xúc với đế van. Đây là vị trí đĩng. Ngay khi
van trụ đĩng, đường dẫn nhiên liệu đi vào trong rãnh Pít tơng long-giơ bị đĩng. Pít tơng long-giơ tiếp tục nén nhiên liệu từ rãnh Pít tơng long-giơ và làm áp suất nhiên liệu tăng lên. Khi áp suất nhiên liệu đạt khoảng 34.500kPa (5000 psi), lực của nhiên liệu áp suất cao thắng được lực căng của lị xo. Lực căng này giữ vịi phun ở vị trí đĩng. Kim phun di chuyển cùng đế van lên trên và nhiên liệu được phun ra ngồi. Đây là sự bắt đầu phun.
Kết thúc phun: Sự phun vẫn tiếp tục khi Pít tơng long-giơ di chuyển xuống dưới và van trụ ở vị đĩng. Khi áp suất khơng đạt tới mức quy định, ECM dừng dịng điện tới cơng tắc điện từ. khi dịng điện tới cơng tắc điện từ bị ngắt, van trụ mở. Van trụ được mở bởi lị xo và áp suất nhiên liệu. Khi đĩ, nhiên liệu áp suất cao cĩ thể chảy qua van trụ mở và trở lại nguồn cung cấp nhiên liệu. Đĩ là kết quả sự giảm nhanh chĩng áp suất trong vịi phun. Khi áp suất vịi phun giảm tới khoảng 24.000 kPa (3500 pis), vịi phun đĩng và sự phun dừng lại. Đây là kết thúc phun.
Nạp: Khi Pít tơng long-giơ đi xuống tới dưới của xi lanh, nhiên liệu khơng bị ép từ rãnh Pít tơng long-giơ nữa. Pít tơng long-giơ bị đẩy bởi bộ phận truyền động và lị xo hồi vị. Sự dịch chuyển lên phía trên của Pít tơng long-giơ là do áp suất trong rãnh Pít tơng long-giơ hạ thấp hơn áp suất nguồn cung cấp nhiên liệu. Nhiên liệu chảy từ nguồn cung cấp nhiên liệu qua van trụ mở và đi vào rãnh Pít tơng long-giơ và làm Pít tơng long-giơ di chuyển lên trên. Khi Pít tơng long-giơ đi đến đỉnh của hành trình, khoang Pít tơng long- giơ chứa đầy nhiên liệu và nhiên liệu chảy vào khoang Pít tơng long-giơ dừng lại. Đây là bắt đầu của chuẩn bị phun
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực
2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ HEUI (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector)
2.1. Khái quát về hệ thống nhiên liệu Diesel HEUI
Hệ thống nhiên liệu HEUI (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector- Tác động thủy lực, điều khiển điện tử) là một trong những cải tiến lớn của động cơ điezen. Nĩ cũng là một bộ phận trong cơng nghệ ACERT của hãng Carterpillar. Sự ra đời của HEUI đã thiết lập những tiêu chuẩn mới đối với động cơ về tiêu hao nhiên liệu, độ bền cũng như các tiêu chuẩn về khí thải.
Hình 45 : Đặc tính áp suất phun của hệ thống nhiên liệu HEUI
Cơng nghệ phun nhiên liệu HEUI đang thay đổi cách nghĩ của cả nhà kỹ thuật lẫn người vận hành về hiệu suất của động cơ diezen. Vượt trội hơn hẳn cơng nghệ phun nhiên liệu truyền thống trước đây, HEUI cho phép điều chỉnh chính xác nhiên liệu phun vào buồng cháy cả về thời gian, áp suất và lượng nhiên liệu phun mang lại hiệu suất cao cho động cơ.
Cơng nghệ phun nhiên liệu truyền thống trước đây phụ thuộc vào tốc độ động cơ, khi tốc độ động cơ tăng thì áp suất phun cũng tăng lên, gây ảnh hưởng đến độ bền của động cơ và làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ. Áp suất phun đối với hệ thống nhiên liệu HEUI khơng phụ thuộc vào tốc độ động cơ, mà được điều khiển bằng điện. Vì vậy, động cơ trang bị hệ thống HEUI sẽ tiết kiệm nhiên liệu hơn và khí xả sạch hơn. Như vậy ứng dụng hệ thống nhiên liệu HEUI vào động cơ cho phép nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ, tiết kiệm nhiện liệu và giảm thiểu các tổn thất cũng như tiếng ồn của động cơ.
Tuy nhiên, các thiết bị trong hệ thống nhiêu liệu HEUI cĩ độ chính xác rất cao, nhiên liệu bẩn cĩ thể gây mịn, thậm chí phá hỏng các chi tiết trong hệ thống. Hạt bẩn cĩ đường kính chỉ bằng 1/5 đường kính sợi tĩc đã cĩ thể gây nguy hiểm cho hệ thống. Chính vì vậy bộ lọc giữ một vai trị rất lớn trong việc nâng cao độ bền của hệ thống.
2.2. Sơ đồ hệ thống HEUI
Hình 46 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu HEUI
1. Bơm áp cao 4. Các cảm biến
2. Van điều khiển áp suất tác động phun 5. ECM
3. Cụm vịi phun
2.3. Vịi phun HEUI. 2.3.1. Cấu tạo
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực
Hình 47: Vịi phun HEUI
Hình 49 : Quá trình phun của vịi phun HEUI
2.3.2. Nguyên lý làm việc
Bơm áp cao của hệ thống cấp một lượng dầu thủy lực tới van điện từ của vịi phun HEUI . Tại đây van điện từ sẽ được điều khiển mở cho dầu cĩ áp suất cao này vào trong khoang phía dưới van hình nấm để tác động phun .
Một bơm cấp liệu ( bơm dầu Diesel ) nằm trong bơm áp cao đồng thời cấp một lượng nhiên liệu cĩ áp suất nhất định vào đường biên của cụm kim phun . Tại đây nhiên liệu cĩ áp suất nhất định sẽ chờ sẵn ở khoang của cụm phun nằm phía dưới cần đẩy. Một phần nhiên liệu cũng được đưa xuống cụm piston tăng cường áp suất .
Khi van điện từ mở, dầu áp cao sẽ được đưa vào trong khoang của van hình nấm, tạo nên một áp suất đẩy cần đẩy đi xuống. Cần đẩy ( Plunger ) đi xuống sẽ đồng thời tạo ra một áp suất thắng được sức căng của lị xo trong cụm tăng cường áp suất, đẩy nhiên liệu chờ sẵn dưới khoang cảu cần đẩy ra ngồi buồng đốt của động cơ. Khi van điện từ đĩng lại, dầu cao áp ngừng cấp vào khoang van hình nấm, áp suất trên khoang van bị mất, đồng thời áp suất khoang bên dưới cần đẩy cũng giảm đột ngột, áp suất khoang phía dưới cần đẩy ko đủ để thắng sức căng của lị xo cụm tăng áp nữa, ngắt quá trình phun nhiên liệu.
Ở vịi phun HEUI thì quá trình phun cĩ cả phun mồi ( Pilot Injection ).
Vịi phun là một thiết bị độc lập được điều khiển trực tiếp bởi mơ dun điều khiển điện tử ECM. Dầu cĩ áp suất từ 800 đến 3000 psi được bơm cao áp chuyển đến vịi phun. Bộ phận pít tơng lơng-giơ trong vịi phun hoạt động tương tự như xi lanh thuỷ lực cĩ tác dụng nâng áp suất dầu vào vịi phun lên đến áp suất phun ( từ 3000 đến 21000 psi ) . Van điện từ ở phía trên vịi phun nhận tín hiệu điều khiển từ ECM, qua đĩ điều khiển dầu bơi
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực
trơn tác động tác động vào pít tơng lơng-giơ để điều khiển thời điểm và lượng nhiên liệu phun.
2.4. Mơ đun điều khiển điện tử (ECM – Electronic Control Modul )
Hoạt động như một máy tính điều khiển tồn bộ động cơ. ECM nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, phân tích xử lý nhờ phần mềm đã cài đặt trong bộ nhớ của ECM và đưa tín hiệu điều khiển đến van điện từ của vịi phun (1) để điều khiển thời điểm, và lượng nhiên liệu phun. Đồng thời, ECM cũng gửi tín hiệu đến van điều khiển áp suất tác động phun (4) để điều khiển áp suất dầu chuyển đến vịi phun. Do áp suất này tỉ lệ với áp suất phun, nên qua đĩ ECM sẽ điều khiển được áp suất phun. Như vậy ECM sẽ điều khiển được tồn bộ quá trình phun nhiên liệu phù hợp với tín hiệu do các cảm biến gửi về.
2.5. Bơm cao áp
Là bơm pít tơng hướng trục thay đổi lưu lượng. Dầu từ thùng dầu được hút qua các thiết bị lọc vào bơm, hoạt động của bơm sẽ làm cho áp suất dầu tăng lên đến áp suất yêu cầu và bơm dầu đến vịi phun HEUI.
Bơm cao áp ở hệ thống HEUI cĩ nhiệm vụ tạo ra áp suất cao cho dầu thủy lực( chính là dầu bơi trơn ) tác động phun để đẩy xilanh ép. ECM sẽ điều khiển dịng dầu cao áp này vào khoang ép của xilanh ép trong vịi phun.
2.6. Van điều khiển áp suất tác động phun
Thơng thường, áp suất do bơm cao áp tạo ra sẽ cao hơn áp suất phun, van điều khiển áp suất tác động phun sẽ xả một phần dầu trở về thùng để ổn định áp suất dầu bằng áp suất yêu cầu do tín hiệu ECM qui định.
IV . HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC CẢM BIẾN TRONG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DISEL ĐIỆN TỬ
1. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG DIESEL ĐIỆN TỬ
Hình 50 : Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử EFI- Diesel với bơm cao áp
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực E02 EGR TDC- NE- E1 E01 TCV SPV VSV1 VSV2 TDC+ NE+ IGSW +B1 S_REL TACH M_REL BATT G_REL W G_IND SPD STA E2 IDL VTA TE1 VRT VF PIM THF THW THA VRP VC TE2 MAP Sensor 3 2 1 Cảm biến vị trí bướm ga Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Cảm biến nhiệt độ nước
Cảm biến nhiệt độ dầu diesel 4 3 1 2 Cảm biến tốc độ động cơ Cảm biến vị trí trục khuỷu Relay chính E1 E2 E01 E02 +IG 15A Đồng hồ táp lô Relay SPV Relay HT xông SPV HT xông +IG 80A Relay_SPV SPV TCV Relay chính VRT VRP TACH SPD GIND W Van VSV2 Van VSV1 Van EGR BATT M_REL VSV1 VSV2 EGR TE2 TE1 VF +B1 Giắc chẩn đoán E2 VTAIDL PIM VC 1 1 2 2 TDC+ TDC- NE- NE+ STA IGSW THA THW THF E2 +B1 S_REL Van SPV Van TCV Điện trở VRT Điện trở VRP G_REL +IG 40A +IG 30A Đồng hồ táp lô Hộp ECU
E02 E1 NE- E01 TCV SPV VSV1 VSV2 NE+ IGSW +B S_REL M_REL BATT G_REL W E2 IDL VTA TE1 VRT VF PIM THF THW THA VRP TE2 MAP Sensor 3 2 1 Cảm biến vị trí bướm ga Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Cảm biến nhiệt độ nước
Cảm biến nhiệt độ dầu diesel 4 3 1 2 Cảm biến tốc độ động cơ Cảm biến vị trí trục khuỷu Relay chính E1 E2 E01 E02 +IG 15A Đồng hồ táp lô Relay SPV Relay HT xông SPV HT xông +IG 80A Relay_SPV SPV TCV Relay chính VRT VRP TACH SPD GIND W Van VSV2 Van VSV1 Van EGR BATT M_REL VSV1 VSV2 EGR TE2 TE1 VF +B1 Giắc chẩn đoán E2 VTA IDL PIM VC 1 1 2 2 TDC+ TDC- NE- NE+ STA IGS/W THA THW THF E2 +B1 S_REL Van SPV Van TCV Điện trở VRT Điện trở VRP G_REL +IG 40A +IG 30A Đồng hồ táp lô Hộp ECU TDC- TDC+ VC STA EGR
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Cơ Khí Động Lực
2. CÁC CẢM BIẾN
Hình 53 : Sơ đồ khối các cảm biến
2.1. Vị trí các cảm biến
Hình 54 : Vị trí các cảm biến trong hệ thống nhiên liệu EFI- Diesel với bơm cao áp
1. Cảm biến tốc độ 5. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
2. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 6. Cảm biến áp suất tuabin
3. Cảm biến vị trí bàn đạp ga 7. Cảm biến vị trí trục khuỷu
Hình 55 : Vị trí các cảm biến trong hệ thống nhiên liệu EFI- Diesel ống phân phối
1. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 6. Cảm biến vị trí trục cam