5. Thiết kế hệ thống nhiín liệu động cơ Duratorq 2.4l
5.2.6.Kim phun
Thời điểm phun vă lượng nhiín liệu phun được điều chỉnh bằng câch cho dòng điện qua câc kim phun. Câc kim phun năy thay thế cho câc kim phun cơ khí. Tương tự như kim phun cơ khí trong câc động cơ diesel phun nhiín liệu trực tiếp, câc bộ kẹp thường được sử dụng để lắp kim phun văo nắp mây. Cấu tạo kim phun được thể hiện ở hình 5-8.
φ0,25 x5 59° 3,2 1 2 14 6 8 12 9 7 13 11 10 5 4 3 2 1 23 0 I Tỉ lệ: 2:1 I
Hình 5-8 Cấu tạo kim phun
1- Lỗ nạp; 2- Kim phun; 3- Lò xo; 4- Piston; 5,11- Lỗ tiết lưu; 6- Cuộn dđy điện từ; 7,10- Lò xo; 8- Ổ gắc điện; 9- Van; 12- Đường dẫn nhiín liệu cao âp; 13- Khoang chứa nhiín liệu.
Theo hình (5-8), nhiín liệu từ đường dầu đến kim phun vă theo đường ống dẫn sẽ đi đến buồng điều khiển thông qua lỗ nạp (5). Buồng điều khiển được nối với đường dầu về thông qua lỗ xê (11) được mở bởi cuộn dđy solenoid.
Khi lỗ đóng, âp lực của đầu đặt lín piston (4) cao hơn âp lực dầu tại thđn ty kim (2). Kết quả lă kim bị đẩy xuống dưới vă lăm kín lỗ phun tới buồng đốt.
Khi van solenoid có dòng điện, lỗ xê được mở ra. Điều năy lăm cho âp suất ở buồng điều khiển giảm xuống, kết quả lă âp lực tâc dụng lín piston cũng giảm theo. Khi âp lực dầu trín piston giảm xuống thấp hơn âp lực tâc dụng lín ty kim, thì ty kim mở ra vă nhiín liệu được phun văo buồng đốt qua câc lỗ phun. Kiểu điều khiển ty phun vă nhiín liệu được phun văo buồng đốt qua câc lỗ phun. Điều khiển ty phun năy dùng một hệ
thống khuếch đại thuỷ lực vì lực mở cần thiết để mở kim thật nhanh không thể được trực tiếp tạo ra nhờ van solenoid. Thời điểm phun vă lượng nhiín liệu phun được điều chỉnh thông qua dòng câc kim phun.
Hoạt động của kim phun có thể chia lăm 4 giai đoạn chính khi động cơ lăm việc vă bơm cao âp tạo ra âp suất cao:
- Kim phun đóng (khi có âp lực dầu tâc dụng). - Kim phun mở (bắt đầu phun).
- Kim phun mở hoăn toăn.
- Kim phun đóng (kết thúc phun).
Câc giai đoạn hoạt động lă kết quả của sự phđn phối lực tâc dụng lín câc thănh phần của kim phun. Khi động cơ dừng lại vă không có âp suất trong ống phđn phối, lò xo kim đóng.
- Kim phun đóng (ở trạng thâi nghỉ).
Ở trạng thâi nghỉ, van solenoid chưa được cung cấp điện vă do đó kim phun đóng. Khi lỗ xả đóng, lò xo đẩy van bi đóng lại. Âp suất cao của ống tăng lín trong buồng điều khiển vă trong buồng thể tích của ty kim cũng có một âp suất tương tự. Âp suất của ông đặt văo phần đỉnh của piston, cùng với lực lò xo ngược chiều với lực mở kim sẽ giữ được ty kim ở vị trí đóng.
- Kim phun mở (bắt đầu phun)
Van solenoid được cung cấp điện với dòng kích lớn để đảm bảo nó mở nhanh. Lực tâc dụng bởi van solenoid lớn hơn lực tâc dụng của lò xo lỗ xả vă lăm mở lỗ xả ra. Gần như tức thời, dòng điện cao được giảm xuống thănh dòng nhỏ chỉ đủ để tạo ra lực điện từ để giữ ty kim. Điều năy thực hiện được lă nhờ khe hở mạch từ bđy giờ đê nhỏ hơn. Khi lỗ xả mở ra, nhiín liệu có thể chảy văo buồng điều khiển van văo khoang bín trín nó vă từ đó trở về bình chứa thông qua đường dầu về. Lỗ xả lăm mất cđn bằng âp suất nín âp suất trong buồng điều khiển giảm xuống. Điều năy lăm âp suất trong buồng điều khiển van thấp hơn âp suất trong buồng chứa của ty kim (vẫn còn bằng âp suất của ống). Âp suất giảm đi trong buồng điều khiển van lăm giảm lực tâc dụng lín piston điều khiển nín ty kim mở ra vă nhiín liệu bắt đầu phun. Âp suất phun ở giai đoạn năy lă 220 – 234 Kg/cm2.
Tốc độ mở ty kim được quyết định bởi sự khâc biệt tốc độ dòng chảy giữa lỗ nạp vă lỗ xả.
- Kim phun mở hoăn toăn.
Piston điều khiển tiến đến vị trí dừng phía trín nơi mă nó vẫn còn chịu tâc dụng của đệm dầu được tạo ra bởi dòng chảy của nhiín liệu giữa lỗ nạp vă lỗ xả. Kim phun bđy giờ đê mở hoăn toăn, vă nhiín liệu được phun văo buồng đốt ở âp suất gần bằng với âp suất trong ống. Lực phđn phối trong kim thì tương tự với giai đoạn mở kim. Âp suất phun lúc năy lă 415 – 433 Kg/cm2.
- Kim phun đóng (kết thúc phun)
Khi dòng qua van solenoid bị ngắt, lò xo đẩy van bi xuống vă van bi đóng lỗ xả lại. âp suất năy tương đương với âp suất trong ống vă lăm tăng lực tâc dụng lín đỉnh piston điều khiển. Lực năy cùng với lực của lò xo bđy giờ cao hơn lực tâc dụng của buồng chứa vă ty kim đóng lại. Tốc độ đóng của kim phun phụ thuộc văo dòng chảy của nhiín liệu qua lỗ nạp.
* Đầu kim phun
Ty kim mở khi van solenoid được kích hoạt để nhiín liệu chảy qua. Chúng phun nhiín liệu trực tiếp văo buồng chây. Đường kính kim phun dkp= 3,2 mm.
Lượng nhiín liệu dư cần để mở ty kim sẽ được đưa trở lại bình chứa thông qua đường dầu về. Nhiín liệu hồi về từ van điều âp vă từ vùng âp suất thấp cũng được dẫn theo đương dầu về cùng với nhiín liệu được dùng như để bôi trơn cho bơm cao âp. Thiết kế của đầu phun được quyết định bởi:
- Việc kiểm soât nhiín liệu phun ra (thời điểm vă lượng nhiín liệu phun)
- Việc điều khiển nhiín liệu (số lỗ tia: 5 lỗ, hình dạng nhiín liệu phun ra vă sự tân nhiễu nhiín liệu, sự phđn phối nhiín liệu trong buồng chây, mức độ lăm kín buồng chây). 5.2.7. Đường ống dẫn nhiín liệu âp suất cao
Những đường ống nhiín liệu năy mang nhiín liệu âp suất cao. Do đó, chúng thường xuyín phải chịu âp suất cực đại của hệ thống vă trong quâ trình ngưng phun. Vì vậy, chúng được chế tạo từ thĩp ống. Thông thường , chúng có đường kính ngoăi 6 mm vă đường kính trong 2,4 mm.
Van giới hạn âp suất có chức năng như một van an toăn. Trong trường hợp âp suất lớn thì van sẽ cho nhiín liệu thoât ra ngoăi. Van giới hạn âp suất cho phĩp âp suất tức thời tối đa trong khoảng 2000 bar.
Hình 5-9 Kết cấu van giới han âp suất
1- Mạch cao âp; 2- Van; 3- Lỗ dầu; 4- Piston; 5- Lò xo; 6- Đế; 7- Thđn van; 8- Đường dầu về. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Van giới hạn âp suất lă một thiết bị cơ khí bao gồm câc thănh phần sau: - Phần cổ có ren ngoăi để lắp văo trong ống.
- Một chổ nối với đường dầu về. - Một piston di chuyển.
- Một lò xo.
Tại phần cuối chổ nối có một buồng với một đường dẫn dầu có phần đuôi hình côn mă khi piston đi xuống sẽ lăm kín bín trong buồng. Ở âp suất hoạt động bình thường (tối đa 2000 bar), lò xo đẩy piston xuống lăm kín ống, khi âp suất hệ thống vượt quâ mức, piston bị đẩy lín trín do âp suất dẩu trong ống thắng lực căng lò xo. Nhiín liệu có âp suất cao được thoât ra thông qua van vă đi văo đường dẫn về trở lại bình chứa. Khi van mở, nhiín liệu rời khỏi ống vì vậy, âp suất trong ống giảm xuống.
5.3.Thiết kế câc hệ thống cảm biến vă điều khiển hệ thống nhiín liệu Common RailDiesel động cơ Duratorq 2.4l Diesel động cơ Duratorq 2.4l
5.3.1. Cảm biến âp suất đường ống nạp (MAP)
Cảm biến âp suất đường ống nạp được dùng cho hệ thống EFI kiểu D để cảm nhận âp suất đường ống nạp. Đđy lă một trong những cảm biến quan trọng nhất trong EFI kiểu D.
Đđy lă loại âp kế điện (Cảm biến chđn không). Loại cảm biến năy dựa trín nguyín lý cầu Wheaston. Mạch cầu được sử dụng trong thiết bị nhằm tạo ra một điện thế phù hợp với sự thay đổi của điện trở.
Hình 5-10Kết cấu của cảm biến âp suất đường ống nạp 1- tấm silicon; 2- Buồng chđn không; 3- Lọc.
Cảm biến bao gồm 1 tấm silicon mỏng hai mặt được phủ thạch anh để tạo thănh điện trở âp điện. Câc điện trở mắc với điện trở âp điện tạo thănh mạch cầu Wheastone.
Khi âp suất trong đường ống nạp thay đổi, giâ trị điện trở âp điện sẽ thay đổi, nhờ mạch cầu Wheastone biến sự thay đổi điện trở thănh sự thay đổi điện âp vă bâo về PCM qua chđn PIM. Điện âp sử dụng ở đđy lă 5V.
Bằng câch gắn một IC văo cảm biến năy, cảm biến âp suất đường ống nạp cảm nhận được âp suất đường ống nạp như một tín hiệu PIM. Sau đó ECU động cơ được thời gian phun cơ bản vă góc đânh lửa sớm cơ bản trín cơ sở tín hiệu PIM năy.
Một chip silic kết hợp với một buồng chđn không được duy trì ở độ chđn không định mức, được gắn văo bộ cảm biến năy. Một phía của chip được lộ ra với âp suất của đường ống nạp vă phía bín kia thông với buồng chđn không bín trong. Vì vậy không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn vì âp suất của đường ống nạp có thể đo được chính xâc ngay cả khi độ cao năy thay đổi.
Hình 5-11 Sơ đồ mạch điện vă đường đặc tính của cảm biến âp suất đường ống nạp
5.3.2. Cảm biến nhiệt độ khí nạp (IAT).
- Vị trí: Cảm biến nhiệt độ gió nạp thường được gắn tại ống góp hút hoặc ở vị trí của bộ giải nhiệt gió nạp
- Cấu tạo: Lă loại biến trở nhiệt đm NTC tuyến tính.
- Chức năng: Cảm biến nhiệt độ không khí nạp dùng nhận biết nhiệt độ không khí nạp vă kết hợp với cảm biến âp suất, để xâc định lượng không khí nạp đi văo động cơ rồi thông bâo cho bộ xử lý PCM.
Hình 5-12 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 1- Điện trở; 2- Thđn cảm biến; 3- Chất câch điện; 4- Giắc cắm.
Cảm biến nhiệt độ khí nạp gồm một điện trở có giâ trị điện trở thay đổi khi nhiệt độ môi trường quanh nó (nhiệt độ khí nạp) thay đổi. Điện trở tăng khi nhiệt độ giảm vă điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. Tuỳ theo nhiệt độ khí nạp mă bộ PCM sẽ nhận tín hiệu điện thay đổi từ điện trở để tăng hoặc giảm lượng khí nạp cho phù hợp với tỷ lệ hoă trộn không khí. Kết cấu được thể hiện ở hình 2-16.
Sự kiểm tra nhiệt độ khí nạp lă cần thiết trong hệ thống EFI do tỉ trọng không khí thay đổi theo nhiệt độ, khi nguội tỉ trọng không khí tăng vă ngược lại. Vì vậy PCM cần phải nhận biết điều năy để điều chỉnh phun cho hợp lý khi nhiệt độ không khí nạp thay đổi.
Cảm biến nhiệt độ khí nạp được nối với PCM như sơ đồ dưới đđy.
Hình 5-13 Sơ đồ nối cảm biến nhiệt độ khí nạp với PCM
Chđn E từ cảm biến được đưa văo chđn E2 của PCM để cấp Mass cho cảm biến. Chđn THA trước khi được đưa văo để xử lý tín hiệu thì phải được kĩo lín nguồn Vcc ( thường lă 5V) qua một điện trở. Do điện trở trong PCM vă nhiệt điện trở trong cảm biến nhiệt độ khí nạp được mắc nói tiếp nín điện âp của tín hiệu THA thay đổi khi giâ trị điện trở của nhiệt điện trở thay đổi.
5.3.3. Cảm biến nhiệt độ nước lăm mât (ECT).
Cảm biến nhiệt độ nước lăm mât thiết kế trín động cơ Duratorq 2.4l. lă loại nhiệt điện trở.
Hình 5-14 Cảm biến nhiệt độ nước lăm mât.
1-Điện trở; 2-Thđn cảm biến; 3-Chất câch điện; 4-Giắc cắm; 5-Đầu cắm điện Nguyín lý hoạt động: Điện trở nhiệt lă một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ. Nó được lăm bằng vật liệu bân dẫn nín có hệ số điện trở đm. Khi nhiệt độ tăng lín điện trở giảm xuống vă ngược lại, khi nhiệt độ giảm thì điện trở tăng. Câc loại cảm biến nhiệt độ hoạt động cùng nguyín lý nhưng mức độ vă sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ có khâc nhau. Sự thay đổi giâ trị điện trở sẽ lăm thay đổi giâ trị điện âp gửi đến ECU động cơ trín nền tảng cầu phđn âp.
Khi động cơ hoạt động, cảm biến nhiệt độ nước lăm mât thường xuyín theo dõi vă bâo cho PCM biết tình hình nhiệt độ nước lăm mât động cơ. Nếu nhiệt độ nước lăm mât của động cơ thấp (động cơ vừa mới khởi động) nhiín liệu sẽ bay hơi kĩm, vì vậy cần có hỗn hợp đậm hơn. Vì thế khi nhiệt độ nước lăm mât thấp, điện trở của nhiệt điện trở tăng lín vă tín hiệu điện âp ECT cao được đưa tới PCM. Dựa trín tín hiệu năy, PCM sẽ tăng lượng nhiín liệu phun văo lăm cải thiện khả năng tải trong quâ trình hoạt động của động cơ lạnh. Ngược lại, khi nhiệt độ nước lăm mât cao, một tín hiệu điện âp thấp ECT được gửi đến PCM lăm giảm lượng phun nhiín liệu.
Bộ cảm biến nhiệt độ nước lăm mât còn có chức năng nối vă điều khiển quạt lăm mât nước động cơ. Khi động cơ còn nguội thì quạt chưa quay, khi động cơ đạt đến nhiệt độ cần lăm mât thì bộ cảm biến bâo cho PCM biết đóng mạch điện cho quạt quay. Sơ đồ mạch điện được thể hiện ở hình 2-19. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 5-15 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước lăm mât
Do điện trở R trong PCM vă nhiệt điện trở trong cảm biến nhiệt độ nước lăm mât được nối tiếp nín điện âp của tín hiệu ECT thay đổi khi giâ trị điện trở của nhiệt điện trở thay đổi.
5.3.4. Cảm biến vị trí băn đạp ga.
Hình 5-16 Cảm biến vị trí băn đạp ga
Cảm biến vị trí băn đạp ga biến đổi mức đạp xuống của băn đạp ga (tín hiệu góc) thănh một tín hiệu điện âp được chuyển đến ECU động cơ.
Ngoăi ra để đảm bảo độ tin cậy, cảm biến năy truyền câc tín hiệu từ hai hệ thống có câc đặc điểm đầu ra khâc nhau.
Có 2 loại cảm biến vị trí băn đạp ga: loại tuyến tính vă loại phần tử Hall. 1.Loại tuyến tính:
Trong câc tín hiệu từ hai hệ thống năy, một lă tín hiệu VPA truyền điện âp theo đường thẳng trong toăn bộ phạm vi băn đạp ga. Tín hiệu khâc lă tín hiệu VPA2, truyền điện âp bù từ tín hiệu VPA.
Hình 5-17 Sơ đồ mạch điện vă đường đặc tính của cảm biến vị trí băn đạp ga loại tuyến tính
2.Loại phần tử Hall
Hình 5-18 Sơ đồ mạch điện vă đường đặc tính của cảm biến vị trí băn đạp ga loại phần tử Hall
Hall vă câc nam chđm quay quanh chúng. Câc nam chđm được lắp ở trín trục quay băn đạp ga vă quay cùng với băn đạp ga.
Khi đạp băn đạp ga, câc nam chđm quay cùng lúc, vă câc nam chđm năy thay đổi vị trí của chúng. Văo lúc đó, IC Hall phât hiện ra sự thay đổi từ thông gđy ra bởi sự thay đổi vị trí của nam chđm vă tạo ra điện âp ra của hiệu ứng Hall từ câc cực VPA vă VPA2 theo mức thay đổi năy. Tín hiệu năy được truyền đến PCM như tín hiệu vị trí băn đạp ga Để đảm bảo độ tin cậy cao hơn phải cung cấp một mạch điện độc lập cho từng hệ thống một.
Vă trong quâ trình thiết kế cho hệ thống nhiín liệu động cơ Duratorq 2.4l tôi sử dụng cảm biến vị trí băn đạp ga loại phần tử Hall.
5.3.5. Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP).
6 5 4 3
2 1
Hình 5-19 Kết cấu cảm biến vị trí trục khuỷu
1- Vỏ cảm biến; 2- Lỗ bắt bu lông; 3- Đầu nối dđy điện; 4- Lớp câch điện; 5.