5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4.3.2. Điều khiển vòi phun
a. Điều khiển vòi phun điện từ (Solenoid)
Tất cả các vòi phun điện từ nhận tín hiệu điều khiển từ ECU đều phải thông qua EDU. EDU là một thiết bị phát điện cao áp. Được lắp giữa ECU và một bộ chấp hành. EDU khuyếch đại điện áp của ắc quy trên cơ sở các tín hiệu từ ECU sẽ kích hoạt SPV kiểu tác động trực tiếp trong EFI – diesel thông thường, hoặc tác động vào cuộn dây Solenoid trong hệ thống kiểu EFI – diesel có ống phân phối.
EDU giúp khởi động tốc độ cao các vòi phun. EDU là một thiết bị dùng điện thế cao (bộ đổi DC/DC) để khởi động các van từ với tốc độ cao.
Đồ án tốt nghiệp Trang 94
Piston làm biến mất chân không do quá trình hút nhiên liệu tạo ra sự sủi bong bóng trong dầu .
Hình 2.97: Tác động của piston tới bong bóng dầu
Hình 2.98: Sơ đồ khối kích hoạt vòi phun
Sơ đồ mạch EDU
IJt#1 đến IJt#4: Đầu vào cho các tín hiệu khởi động vòi phun từ ECU động cơ. IJf: Đầu ra cho các tín hiệu kiểm tra khởi động vòi phun (đến ECU động cơ). COM: Đầu ra để tạo ra dòng không đổi đến các vòi phun.
Đồ án tốt nghiệp Trang 95 Giới hạn áp suất Engine ECU Tín hiệu NE Tín hiệu G Các tín hiệu khác Common-rail Vòi phun EDU Cảm biến áp suất nhiên liệu Từ bơm áp cao
Quyết định thời gian mở vòi phun
bởi thể tích phun cuối cùng Những điều khiển tính toán mở của vòi phun
Hình 2.99: Sơ đồ điều khiển vòi phun
IJ#1 đến IJ#4: Đầu ra để khởi động các vòi phun.
1. Mạch cao thế.
2. Mạch điều khiển.
Trong EDU có hai mạch chính: mạch điều khiển điện áp (mạch cao thế) và mạch điều khiển. Chân A của EDU nhận điện áp từ ắc quy, mạch chuyển đổi điện áp sẽ nâng điện áp của ắc quy cung cấp vào lên khoảng 150V. ECU truyền tín hiệu điều khiển phun đến mạch điều khiển của EDU qua các chân B,C, D, E của EDU.
EDU gửi các tín hiệu đến vận hành các kim phun thông qua các chân H, I, J, K. Chân L của EDU nối với chân còn lại của kim phun.
EDU gửi tín hiệu IJf đến ECU thông qua chân F, tín hiệu này nhằm xác định kim có phun hay không.
Thời điểm phun và giai đoạn phun
Hệ thống này dùng một cảm biến trên trục khuỷu để nhận biết tốc độ động cơ, và cảm biến trên trục cam để nhận biết kỳ hoạt động.
● Phun sơ khởi (Pilot INJEDTION)
Phun sơ khởi có thể diễn ra sớm đến 90o trước điểm chết trên (TDC). Nếu thời điểm khởi phun xuất hiện nhỏ hơn 40o trước điểm chết trên, nhiên liệu có thể bám vào bề mặt của piston và thành xy lanh và làm loãng dầu bôi trơn.
Trong giai đoạn phun sơ khởi, một lượng nhỏ nhiên liệu (1 ÷ 4 mm3) được phun vào xy lanh để “mồi”. Kết quả là quá trình cháy được cải thiện và đạt được một số hiệu quả sau:
Đồ án tốt nghiệp Trang 96
Hình 2.101: Góc bắt đầu và kết thúc phun
- Áp suất cuối quá trình nén tăng một ít nhờ vào giai đoạn phun sơ khởi và nhiên liệu cháy một phần. Điều này giúp giảm thời gian trễ cháy, sự tăng đột ngột của áp suất khí cháy và áp suất cực đại ( quá trình cháy êm dịu hơn).
- Giảm tiếng ồn của động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và trong nhiều trường hợp giảm được độ độc hại của khí thải. Quá trình phun sơ khởi đóng vai trò gián tiếp trong việc làm tăng công suất của động cơ.
● Gia đoạn phun chính (main INJECTION)
Công suất đầu ra của động cơ xuất phát từ giai đoạn phun chính tiếp theo giai đoạn phun sơ khởi. Điều này có nghĩa là giai đoạn phun chính giúp tăng lực kéo của động cơ. Với hệ thống common rail, áp suất phun vẫn giữ không đổi trong suốt quá trình phun.
● Giai đoạn phun thứ cấp (Secondary INJECTION)
Theo quan điểm xử lý khí thải, phun thứ cấp có thể được áp dụng để đốt cháy NOx. Nó diễn ra ngay sau giai đoạn phun chính và được định để xảy ra trong quá trình giãn nở hay ở kỳ thải khoảng 20o sau điểm chết trên (TDC). Ngược lại với quá trình phun sơ khởi và phun chính, nhiên liệu được phun vào không đươc đốt cháy mà để bốc hơi nhờ vào sức nóng của khí thải ở đường ống thải. Trong suốt kỳ thải, hỗn hợp khí thải và nhiên liệu đẩy ra ngoài hệ thống thoát khí thải thông qua supap thải. Tuy nhiên một phần của nhiên liệu được đưa lại vào buồng đốt thông qua hệ thống luân hồi khí thải EGR và có tác dụng tương tự như chính giai đoạn phun sơ khởi. Khi bộ hoá khử đươc lắp để làm giảm lượng NOx, chúng tận dụng nhiên liệu trong khí thải như là một nhân tố hoá học để làm giảm nồng độ NOx trong khí thải.
Đồ án tốt nghiệp Trang 97
Hình 2.102: Góc phun sơ khởi và góc phun chính
Thời điểm phun và lượng nhiên liệu phun được điều chỉnh bằng cách cho dòng điện qua các kim phun. Các kim phun này thay thế kim phun cơ khí. Tương tự như kim phun cơ khí trong các động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp, các bộ kẹp thường được sử dụng để lắp kim vào nắp máy.
Các dạng xung trong vòi phun:
b. Điều khiển vòi phun áp điện
Đồ án tốt nghiệp Trang 98
Hình 2.104: Mô tả các thành phần trong vòi phun
A = Điều khiển tức thời B = Hành trình van bên trong
C = Áp suất cao D = Tốc độ phun
a = Cuộn dây điều khiển tức thời
b = Hành trình nâng van c1 = Áp suất bên trong buồng điều khiển
c2 = Áp suất trong buồng kim phun
d = Sự phun
Hình 2.103: Đồ thị mô tả thành phần phun sơ khởi
Quá trình phun tác động lên khới nối thuỷ lực:
Hoạt động của khớp nối thuỷ lực:
Đồ án tốt nghiệp Trang 99
Hình 2.106: Xung điều khiển trong vòi phun áp điện
c. So sánh cách điều khiển hai loại vòi phun (áp điện và van điện từ)
Số lượng xung và dạng xung điều khiển ở hai vòi phun: Vòi phun hiệu ứng áp điện và vòi phun điện từ:
Từ đồ thị cho thấy cường độ dòng điện và điện áp điều khiển vòi phun hiệu ứng áp điện thấp hơn nhiều so với dòng điện và điện áp điều khiển vòi phun điện từ.
Tốc độ đóng mở của vòi phun hiệu ứng áp điện nhanh hơn vòi phun điện từ.
Đồ án tốt nghiệp Trang 100
Hình 2.107: Hoạt động của khớp nối thuỷ lực