2. 2: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ VỚI ỐNG PHÂN PHỐI
2.3. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL VỚI BƠ M VÒI PHUN KẾT HỢP
2.3.1.1. Khái quát
Hình 35: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EUI 1. Thùng dầu 4. Bầu lọc tinh 2. Bầu lọc thô 5. Các vòi 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 còn 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.
Hệ thống nhiên liệu EUI có 5 bộ phận cấu thành:
- Các vòi phun EUI: Tạo ra áp suất phun tới 207000 kPa (30.000 psi) và ở tốc độ
định mức nó phun tới 19 lần/s;
- Bơm chuyển nhiên liệu: Cung cấp nhiên liệu cho các vòi phun bằng cách hút nhiên
liệu từ thùng chứa và tạo ra một áp suất từ 60-125 psi;
- Mô-đun điều khiển điện tử (ECM – Electronic Control Module): Là một máy vi
tính công suất lớn điều khiển các hoạt động chính của động cơ;
- Các cảm biến: Là những thiết bị điện tử kiểm soát các thông số của các động cơ:
như nhiệt độ, áp suất, tốc độ… và cung cấp các thông tin cho ECM bằng một điện thế tín hiệu.
- Các thiết bịtác động: Là những thiết bị điện tử sử dụng các cường độ dòng điện từ
ECM để làm việc hoặc thay đổi hoạt động của động cơ. Ví dụ thiết bị tác động vòi phun
là công tắc điện từ.
2.3.1.2. Hệ thống dẫn động phun
Khi trục cam quay tác động vào cò mổ tới phần bơm và tác động làm cho piston đi
xuống nén nhiên liệu tạo áp suất cao. Dầu có áp suất cao này được cấp đến kim phun.
Còn van điện điều khiển nạp dầu và xả dầu
Hình 36 : Sơ đồ dẫn động hệ thống nhiên liệu vòi phun điện tử 1. Ê cu điều chỉnh 4. Đũa đẩy
2. Cụm cò mổ 5. Trục cam 3. Vòi phun
Vòi phun tạo ra áp suất nhiên liệu. Lượng nhiên liệu thích hợp được phun vào xi lanh
ở những thời điểm chính xác. Môdun điều khiển điện tử ECM (Electronic Control
Module) xác định thời điểm phun và lượng nhiên liệu cần phun. Vòi phun được dẫn động bởi vấu cam và cơ cấu đòn gánh ( cò mổ ). Trục cam có ba vấu cam cho mỗi xylanh. Hai
vấu dẫn động xupap nạp và xupap xả, còn một vấu dẫn động cơ cấu bơm vòi phun. Lực
được truyền từ vấu cam dẫn động vòi phun trên trục cam qua con đội đến đũa đẩy. Lực
của đũa đẩy được truyền qua cơ cấu cụm cò mổ và tới chốt đẩy piston bơm. Ecu điều chỉnh cho phép điều chỉnh vòi phun
2.3.1.3. Vòi phun
Các bộ phận của vòi phun bao gồm van điều khiển điện từ, khoang xylanh, piston
bơm, chốt đẩy piston và cụm đầu vòi phun ( phần kim phun). Các chi tiết của cụm đầu
phun gồm lò xo, kim phun và một đầu phun. Van ống bao gồm các bộ phận: van điều
khiển điện từ, phần ứng, van đĩa và lò xo van đĩa.(hình 37).
Hình 37 : Các bộ phận chính của vòi phun 1. Van ĐK điện từ 4. Khoang xylanh 2. chốt đẩy piston 5. phần kim phun 3. Piston bơm
Hoạt động của vòi phun
Hoạt động của vòi phun điện tử EUI bao gồm 4 giai đoạn sau: Trước khi phun, Phun,
Kết thúc phun và nạp nhiên liệu. Các vòi phun dùng chốt đẩy piston và xylanh ép để bơm
nhiên liệu áp suất cao vào buồng đốt. Vòi phun được lắp vào lỗ vòi phun trên mặt quy lát
có đường cấp liệu thống nhất. Ống lót vòi phun cách ly nó với chất làm mát động cơ và áo nước. Một số động cơ sử dụng ống lót làm bằng thép không rỉ được ép nhẹ vào mặt quy lát
Nạp nhiên liệu Phun nhiên liệu Hình 38 : Các giai đoạn hoạt động của vòi phun
.
Trước khi phun: Việc tạo sương mù trước khi phun bắt đầu với chốt đẩy piston và xi
lanh ép của vòi phun ở trên đỉnh của hành trình phun nhiên liệu. Khi rãnh của chốt đẩy
piston đầy nhiên liệu, van trụ và van kim ở vị trí mở. Nhiên liệu ra khỏi rãnh của chốt đẩy
piston khi cơ cấu đòn gánh đ ẩy xylanh ép và Pis chốt đẩy piston đi xuống. Dòng nhiên
liệu bị van kim đóng chặn lại sẽ chảy qua van trụ mở vềđường cấp nhiên liệu trong mặt
quy lát. Nếu công tắc điện từcó điện, van trụ tiếp tục mở và nhiên liệu từ chốt đẩy piston
tiếp tục chảy vào đường cấp nhiên liệu.
Phun: Để bắt đầu phun, ECM gửi một dòng điện tới công tắc điện từ trên van ống.
Công tắc điện từ tạo ra từ trường để hút phần ứng. Khi công tắc điện từ hoạt động, bộ
phần ứng sẽ nâng van trụdo đó van trụ tiếp xúc với đế van. Đây là vịtrí đóng. Ngay khi
van trụ đóng, đường dẫn nhiên liệu đi vào trong rãnh chốt đẩy piston bị đóng. Chốt đẩy
piston tiếp tục nén nhiên liệu từ rãnh Piston lông-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 lò xo. Lực căng này giữ vòi phun ở vị trí đóng. Kim phun di chuyển cùng đế van lên trên và nhiên liệu được phun ra ngoài. Đây là sự bắt đầu phun.
Kết thúc phun: Sự phun vẫn tiếp tục khi Pít tông long-giơ di chuyển xuống dưới và
van trụở vịđóng. Khi áp suất không đạt tới mức quy định, ECM dừng dòng điện tới công
tắc điện từ. khi dòng điện tới công tắc điện từ bị ngắt, van trụ mở. Van trụđược mở bởi lò
xo và áp suất nhiên liệu. Khi đó, nhiên liệu áp suất cao có thể chảy qua van trụ mở và trở
lại nguồn cung cấp nhiên liệu. Đó là kết quả sự giảm nhanh chóng áp suất trong vòi phun.
Khi áp suất vòi phun giảm tới khoảng 24.000 kPa (3500 pis), vòi phun đóng và s ự phun dừng lại. Đây là kết thúc phun.
Nạp: Khi chốt đẩy piston đi xuống tới dưới của xylanh, nhiên liệu không bị ép từ
rãnh chốt đẩy piston nữa. chốt đẩy piston bị đẩy bởi bộ phận truyền động và lò xo hồi vị.
Sự dịch chuyển lên phía trên của chốt đẩy piston là do áp suất trong rãnh chốt đẩy piston
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 chốt đẩy piston và làm chốt đẩy piston di chuyển lên
trên. Khi chốt đẩy piston đi đến đỉnh của hành trình, khoang chốt đẩy piston chứa đầy
nhiên liệu và nhiên liệu chảy vào khoang chốt đẩy piston dừng lại. Đây là bắt đầu của
chuẩn bị phun
2.3.2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ HEUI (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector)
2.3.2.1. 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 Diesel. Nó cũng là một bộ phận trong công 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.
Công 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 Diesel. Vượt trội hơn hẳn công 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.
Công 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 không 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 có độ chính xác rất cao, nhiên
liệu bẩn có thể gây mòn, thậm chí phá hỏng các chi tiết trong hệ thống. Hạt bẩn có
đường kính chỉ bằng 1/5 đường kính sợi tóc đã có thể gây nguy hiểm cho hệ thống. Chính
vì vậy bộ lọc giữ một vai trò rất lớn trong việc nâng cao độ bền của hệ thống.
Hình 39 : Đặc tính áp suất phun của hệ thống nhiên liệu HEUI
2.3.2.2. Sơ đồ hệ thống HEUI
Hình 40: 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 vòi phun
2.3.2.3. Vòi phun HEUI. a. Cấu tạo a. Cấu tạo
Hình 41: Vòi phun HEUI
Hình 42: Cấu tạo vòi phun HEUI
Hình 43 : Quá trình phun của vòi phun HEUI
b. Nguyên lý làm việc
Bơm áp cao của hệ thống cấp một lượng dầu thủy lực tới van điện từ của vòi phun
HEUI . Tại đây van điện từ sẽ được điều khiển mở cho dầu có áp suất cao này vào trong
khoang phía dưới van hình nấm đểtác động phun .
Một bơm cấp liệu ( bơm dầu Diesel ) nằm trong bơm áp caođồng thời cấp một lượng
nhiên liệu có áp suất nhất địnhvào đường biên của cụm kim phun . Tại đây nhiên liệu có
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 lò xo trong cụm tăng cường áp suất, đẩy nhiên liệu
chờ sẵn dưới khoang cảu cần đẩy ra ngoài buồng đốt của động cơ. Khi van điện từ đóng
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 lò xo cụm tăng áp nữa, ngắt quá trình phun nhiên
liệu.
Ở vòi phun HEUI thì quá trình phun có cả phun mồi ( Pilot Injection ).
Vòi phun là một thiết bị độc lập được điều khiển trực tiếp bởi mô dun điều khiển điện
tử ECM. Dầu Diesel có áp suất từ 800 đến 3000 psi được bơm cấp chuyển đến vòi phun.
Bộ phận pít tông lông-giơ trong vòi phun hoạt động tương tự như xi lanh thuỷ lực có tác
dụng nâng áp suất dầu vào vòi phun lên đến áp suất phun ( từ 3000 đến 21000 psi ) . Van
điện từ ở phía trên vòi phun nhận tín hiệu điều khiển từ ECM, qua đó điều khiển dầu bôi trơn tác động tác động vào pít tông lông-giơ để điều khiển thời điểm và lượng nhiên liệu
phun.
2.3.2.4. Mô đun điều khiển điện tử (ECM – Electronic Control Modul )
Hoạt động như một máy tính điều khiển toàn 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 vòi 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 vòi phun. Do áp suất này tỉ lệ với áp
suất phun, nên qua đó ECM sẽ điều khiển được áp suất phun. Như vậy ECM sẽ điều
khiển được toàn bộ quá trình phun nhiên liệu phù hợp với tín hiệu do các cảm biến gửi
về.
2.3.2.5. Bơm cao áp
Là bơm pít tông 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 vòi phun HEUI.
Bơm cao áp ở hệ thống HEUI có nhiệm vụ tạo ra áp suất cao cho dầu thủy lực( chính là dầu bôi trơn ) tác động phun để đẩy xilanh ép. ECM sẽ điều khiển dòng dầu cao áp
này vào khoang ép của xilanh ép trong vòi phun.
2.3.2.6. Van điều khiển áp suất tác động phun
Thông 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.
2.4 . HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC CẢM BIẾN TRONG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DISEL ĐIỆN TỬ NHIÊN LIỆU DISEL ĐIỆN TỬ
2.4.1. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG DIESEL ĐIỆN TỬ
Trên (hình 44 và 45) là sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử EFI - Diesel. Máy tính
(ECU) sẽ nhận các tín hiệu đầu vào từ các cảm biến và các công tắc sau đó các tín hiệu sẽ
được xử lý và máy tính đưa ra tín hiệu đầu ra đến EDU tới bộ chấp hành. Đồng thời cũng đưa ra các tín hiệu chẩn đoán độ an toàn hoạt động của các cảm biến và các công tắc.
Hình 44 : Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử EFI- Diesel với bơm cao áp
Hình 45 : Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử EFI- Diesel ống phân phối
2.4.2. CÁC CẢM BIẾN
Hình 46: Sơ đồ khối các cảm biến
Các cảm biến cung cấp tín hiệu đầu vào cho bộ xử lý của máy tính ( ECU).
2.4.2.1. Vị trí các cảm biến
Vị trí các cảm biến trong hệ thống nhiên liệu EFI- Diesel với bơm cao áp ( xem trên
hình 47 ) và Vị trí các cảm biến trong hệ thống nhiên liệu EFI- Diesel ống phân phối
( xem trên hình 48)
Hình 47 : 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
4. Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Hình 48 : 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
2. Cảm biến áp suất nhiên liệu 7. Cảm biến nhiệt độ nước
3. Cảm biến lưu lượng không khí nạp 8. Cảm biến áp suất tuabin
4. Cảm biến vị trí bàn đạp ga 9. Cảm biến vị trí trục khuỷu
5. Cảm biến nhiệt độ khí nạp
2.4.2.2. Cấu tạo và hoạt động của các cảm biếna. Cảm biến bàn đạp ga a. Cảm biến bàn đạp ga
Hình 49 : Cảm biến vị trí bàn đạp ga
Có hai kiểu cảm biến bàn đạp ga :
- Cảm biến vị trí bàn đạp ga, nó tạo thành một cụm cùng với bàn đạp ga. Cảm biến
này là loại có một phần tử Hall, nó phát hiện góc mở của bàn bàn đạp ga. Một điện áp
tương ứng với góc mở của bàn đạp ga có thể phát hiện được tại cực tín hiện ra.
- Cảm biến vị trí bướm ga, nó được đặt tại họng khuyếch tán và là loại sử dụng một
biến trở.
Hình 50 : Cảm biến vị trí bướm ga