2. KHẢO SÁT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ CUMMINS N14-330E
2.2 KHẢO SÁT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRONG ĐỘNG CƠ CUMMINS
2.2.1 Khảo sát hệ thống điện tử điều khiển quá trình cung cấp
2.2.1.2 Hệ thống xử lý
Căn cứ vào các tín hiệu gởi về từ các cảm biến, hệ thống xử lý so sánh với các thông tin đã được cài đặt sẵn trong bộ nhớ và xác định các thông số đầu ra để điều khiển các bộ phận thừa hành, đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu cho động cơ.
2.2.1.3 Hệ thống thừa hành.
Bao gồm các cơ cấu chấp hành được điểu khiển bằng các tín hiệu đầu ra của bộ xử lý. Các cơ cấu chấp hành như: vòi phun, hệ thống làm mát... được điểu khiển sao cho động cơ làm việc phù hợp với các tín hiệu đầu vào.
Để hiểu rõ hoạt động của từng hệ thống, ta sẽ đi vào nghiên cứu chúng ở phần sau, tuy nhiên trước hết cần nhắc lại các nguyên tắc điểu khiển trên động cơ đốt trong.
2.2.1.4. Định lượng hỗn hợp nhiên liệu, không khí.
Chúng ta biết rằng không khí chung quanh ta là hỗn hợp các khí khác nhau mà trong đó hai thành phần chủ yếu là Ôxy (chiếm 21% khối lượng) và Nitơ (chiếm 78% khối lượng). So với một thể tích nhất định, khối lượng khí phụ thuộc vào các thông số trạng thái của nó như: áp suất, nhiệt độ... Vì vậy với một dung tích xi lanh nhất định, khối lượng không khí vào xi lanh cũng thay đổi làm thay đổi tỉ lệ nhiên liệu/không khí (chính xác hơn tỉ lệ nhiên liệu/Ôxy) và làm cho quá trình cháy diễn ra ở chế độ không được tối ưu, tăng tiêu hao nhiên liệu...
Khi động cơ đang hoạt động, lượng nhiên liệu phun vào xi lanh thay đổi tùy theo điều kiện làm việc. Để đảm bảo lượng nhiên liệu phù hợp, bộ điều khiển cần biết được thông tin về trạng thái của lượng khí nạp.
Để xác định chính xác lượng khí nạp, trên động cơ lắp thêm cảm biến đo áp suất thể tích khí nạp được xác định thông qua thể tích công tác và hiệu suất thể tích động cơ. Thể tích công tác phụ thuộc đường kính xi lanh và hành trình piston, còn hiệu suất thể tích phụ thuộc kết cấu của động cơ và đường ống nạp. Vì mỗi loại động cơ có một kích thước và kết cấu khác nhau nên để đảm bảo cho điều kiện phun nhiên liệu được chính xác, các thống số kết cấu và hiệu suất thể tích được nạp sẵn vào bộ nhớ ROM của bộ điều khiển điển tử.
Lượng nhiên liệu phun không chỉ phụ thuộc vào khí nạp, buồng cháy động cơ mà còn phụ thuộc nhiều yếu tố đặc trưng cho tình trạng làm việc của động cơ, ví dụ như số vòng quay động cơ... Bộ xử lý cũng sử dụng các tín hiệu nhận được từ các cảm biến đo các yếu tố đặc trưng cho tình trạng làm việc của động cơ để điều chỉnh lượng phun sao cho đạt được tỉ lệ hỗn hợp thích ứng với điều kiện làm việc của động cơ.
2.2.1.5. Xác định góc phun sớm.
Cũng tương tự như nguyên tắc điều khiển lượng phun, bộ xử lý điều khiển lượng phun, bộ xử lý điều khiển góc phun sớm trên cơ sở tín hiệu thu được từ cảm biến đo số vòng quay động cơ và các cảm biến xác định trạng thái động cơ như cảm biến xác định nhiệt độ nước làm mát, cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến áp suất khí nạp...
Để hiểu rõ hơn bản chất của quá trình lượng phun, góc phun sớm tối ưu ta hãy xem xét ví dụ đơn giản hóa quá trình xác định góc phun sớm tối ưu cho hệ thống phun Diesel như sau:
Đầu tiên người ta vẽ đồ thị công của động cơ ở mỗi số vòng quay nhất định (ví dụ 1600 vg/ph) ứng từng góc phun sớm khác nhau. Rõ ràng là ở các giá trị góc phun sớm khác nhau ta thu được những giá trị công sinh ra khác nhau. Từ các đồ thị này ta xây dựng được đồ thị biểu diễn quan hệ công suất theo góc phun sớm ở từng số vòng quay nhất định theo như trong đồ thị hình 2.7.
Ở giá trị = Ne, công suất Ne = Nemax.
Hình 2.7: Đồ thị quan hệ công suất - góc phun sớm ở n = 1700 [vg/ph].
[độ]X
NeX Ne[Kw]
Ne
Cũng theo trình tự như trên, người ta xây dựng được các đồ thị biểu diễn quan hệ của nồng độ phát sinh các khí gây ô nhiễm như: Hydrocarbon và Ôxít Nitơ trên đường ống phải theo góc phun sớm ở từng số vòng quay như trong các đồ thị sau đây. Ở giá trị = Ne, nồng độ ô nhiễm chung đạt giá trị nhỏ nhất.
Ở đây phần gạch chéo biểu thị vùng của chất ô nhiễm vì khi ta xây dựng đồ thị có xét các ảnh hưởng khác như nhiệt độ động cơ, áp suất khí nạp...
HC
ÄN õọỹ 60
100 200 250
HC HOx
Hình 2.8: Đồ thị quan hệ nồng độ HC, NOx - góc phun sớm ở n = 700[vg/ph]
Theo quan điểm khống chế lượng ô nhiễm sinh ra ở mức thấp, trên đồ thị chung của ba đường cong công suất, ô nhiễm theo góc phun sớm, người ta chọn góc phun sớm ở giá trị tối ưu: = m sao cho công suất sinh ra ở gần giá trị cực đại và nồng độ gây ô nhiễm ở gần giá trị cực tiểu.
õọỹ
ÄN
Ne[Kw]
%HC
%HOx
HC NOx
Ne
Hình 2.9: Đồ thị xác định góc phun sớm T.U ở n = 1600 [vg/ph]
Bảng 2.1 Góc phun sớm
100 28 28 28 30 33 33 33 33 34 34
90 28 28 28 31 33 33 34 34 34 34
80 28 28 28 31 33 34 34 34 28 28
70 28 28 33 36 36 37 38 38 28 28
60 25 26 28 29 32 32 38 40 28 28
50 20 21 25 28 31 32 33 34 28 28
40 15 15 16 16 18 20 23 27 27 27
30 8 10 10 11 13 15 21 21 21 21
20 8 8 9 10 12 14 18 21 21 21
Tải % n [v/p]
800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400
Người ta tiến hành việc xác định góc phun sớm như trên ở mỗi giá trị số vòng quay và ở từng chế độ tải trọng khác nhau. Kết quả được lập thành bảng góc phun sớm tối ưu theo số vòng quay và % tải gọi là bảng góc phun sớm cơ sở.
Bảng góc phun sớm trên được gọi là góc phun sớm cơ sở bởi vì khi xác định nó người ta chưa tính đến ảnh hưởng của các yếu tối khác như: nhiệt độ nước làm mát
của động cơ, nhiệt độ khí nạp - đến chế độ làm việc của động cơ. Đường cong biểu thị quan hệ giữa các yếu tố này đến sự tăng, giảm góc phun sớm được gọi là đồ thị hiệu chỉnh.
Khi động cơ hoạt động, bộ xử lý nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí bàn đạp ga, áp suất trên đường ống nạp để xác định số vòng quay và tải trọng động cơ tại thời điểm đó. Với hai thông số này, bộ xử lý đối chiếu vào bảng góc phun sớm cơ sở để lấy ra giá trị góc phun sớm, sau đó bộ xử lý căn cứ vào giá trị thu được từ các cảm biến khác nhau như: cảm biến nước làm mát, cảm biến nhiệt độ khí nạp để hiệu chỉnh và có giá trị góc phun sớm thích hợp. Giá trị được bộ xử lý dùng để điều khiển bộ phận thừa hành ở đầu ra như vành cam...
Để hiểu rõ hơn cơ cấu hoạt động của bộ xử lý, ta hãy xem xét chi tiết hơn về cấu trúc khối và cơ cấu xử lý nó trong phần tiếp theo.
õọỹ
6 3 0 - 3 - 6 - 9
- 20 0 40 100 140 T [0C]
Hình 2.10. Đồ thị hiệu chỉnh góc phun sớm theo nhiệt độ nước làm mát