(xylanh động).
Một phương pháp điều chỉnh qui luật phun nữa nhờ vào những biến thể của bơm phun nhiên liệu là việc điều chỉnh bằng ống lĩt. Nguyên lý làm việc của BCA loại này như sau: khi cần gạt tiết lưu ở vị trí khơng cĩ nhiên liệu, ống lĩt xylanh sẽ dịch chuyển (do trục điều khiển) xuống dưới cổng chia. Vùng piston vẫn chịu áp suất do sự cân bằng áp suất ở cổng chia và bơm nhiên liệu. Khi piston dịch chuyển lên trên do tác dụng của thuỳ cam và bộ nâng, cổng nạp piston đĩng lại, cổng chia vẫn chứa bị đĩng. Nhiên liệu trong
ống lĩt xylanh dịch chuyển do piston và đi ra ngồi cổng chia cho đến khi piston này ở ĐCT. Khi piston bị ép xuống do lị xo của piston, nhiên liệu đi qua cổng chia và chiếm vùng trống phía sau piston.
Khi cần gạt tiết lưu chuyển sang vị trí khơng tải, vị trí một nữa nhiên liệu, hoặc nhiên liệu tồn phần, trục điều khiển sẽ đẩy ống lĩt và đĩng cổng chia. Ởû vị trí khơng tải, cạnh trên của ống lĩt xylanh sẽ che khuất phía trên cổng chia. Ống lĩt này tiếp tục đi lên, mở rộng cổng chia cho phép tăng lượng nhiên liệu cung cấp.
Hình I-13: Sơ đồ ống lĩt điều khiển các vị trí khác nhau
Ở vị trí nhiên liệu tồn phần, bất kể vị trí của ống lĩt xylanh, chỉ cĩ cổng nạp được mở. Khi piston chuyển dịch lên trên và cổng nạp đĩng lại, áp suất nhiên liêïu trong đường dẫn ở giữa piston và vùng phía trên sẽ tăng nhanh đẩy van kiểm tra đi lên. Điều này làm tăng áp suất trong đường phun cho đến khi lực tác dụng lên đầu phun vượt lớn hơn lực lị xo. Ngay khi phần trên của cổng chia đi qua phần trên của ống lĩt, nhiên liệu sẽ đi qua cổng nạp, làm giảm áp suất nhiên liệu, van kiểm tra đĩng lại, kết thúc quá trình phun. Piston tiếp tục đi xuống cho đến khi đạt được ĐCT, trong khi đĩ nhiên liệu thốt ra cổng chia. Khi piston đi xuống, nhiên liệu cĩ thể đi vào cổng chia cho đến khi cổng này được ống lĩt đĩng lại. Cĩ một khoảng cách ngăn trên hành trình piston khơng cĩ nhiên liệu đi vào buồng trên piston, đây là khoảng thời gian giữa sự đĩng cổng chia và mở cổng nạp.
I.9.3. Phương pháp điều chỉnh qui luật phun bằng việc thay đổi vị trí của van tiết lưu.
Đây là một trong những phương pháp điều chỉnh qui luật phun nhiên liệu nhờ vào việc thay đổi về mặt nguyên lý của vịi phun trong động cơ diesel. Trong các loại BCA giới thiệu ở trên, qui luật cung cấp nhiên liệu cho vịi phun chủ yếu phụ thuộc vào hình dạng cam dẫn động BCA, cịn áp suất phun lại phụ thuộc vào sức cản thuỷ động của dịng nhiên liệu đi qua lỗ phun. Nhưng đối với phương pháp này, dịng nhiên liệu phun vào buồng đốt động cơ được quyết định bởi sự đĩng mở của van từ tính điều khiển bởi ECU điều khiển trung tâm.
Nhiên liệu được cung cấp áp suất cao trước khi đi vào cổng bộ phun từ phía đầu xylanh. Khi piston 4 của bộ phun bị ép xuống, lị xo 1 bị nén lại, điều này sẽ bơm nhiên liệu đi qua cụm van từ tính 3. Khi đĩ module điều khiển điện tử hoạt động, bộ điều khiển này hoạt động trên cơ sỡ tổng hợp các dữ liệu nhờ vào hàng loạt cảm biến khác nhau trên động cơ như: cảm biến thời chuẩn và tốc độ động cơ; cảm biến áp suất khí quyển; cảm biến áp suất dầu; cảm biến nhiệt độ chất làm nguội; … , ECU sẽ tổng hợp các dữ liệu thu được và xử lý chúng để điều khiển lượng phun và thời điểm phun trong phạm vi hướng dẫn của module điều khiển, xác định vị trí theo kỳ hoạt động của động cơ. Điều này được xác định bằng số lượng nhiên liệu van từ tính 3 cho phép trở về thùng nhiên liệu, và xác định số lượng nhiên liệu được phun và thời điểm phun. Bộ phun tác động phun khi van từ tính cĩ điện. Khi áp suất đạt đến mức khơng thấp hơn một giá trị xác định thì van kiểm tra 11 sẽ bắt đầu phun nhiên liệu.
Hình I-14: Bộ kim phun liên hợp
Các cải tiến về phần mềm trợ giúp cho động cơ về điều chỉnh mạch nhiên liệu đã nâng cao quá trình định lượng tỷ số nhiên liệu – khơng khí và thời điểm phun một cách chính xác, do đĩ đảm bảo tiêu thụ nhiên liệu tối ưu theo yêu cầu hoạt động của động cơ.
I.9.4. Phương pháp điều chỉnh qui luật phun nhiên liệu dựa vào nguyên lý thời áp.
Hệ thống này nhận năng lượng để ép nén nhiên liệu từ nguồn dầu động cơ áp suất cao. Để hiểu rõ nguyên lý làm việc của vịi phun theo kiểu này ta xem bơm phun nhiên liệu cĩ thời chuẩn biến thiên, sự nâng thuỳ cam biến thiên và khoảng thời gian phun biến thiên.
Vịi phun nhiên liệu dạng này cĩ 4 bộ phận chính:
- Van từ tính cĩ nam châm điện dịch chuyển van đĩng mở.
- Van đĩng mở là van lị xo để điều khiển sự đĩng mở cho phép dầu động cơ áp suất cao đưa vào piston của bộ tăng áp.
- Piston tăng áp thay cho cam được dùng như ở các loại động cơ khác, cĩ thể tạo ra áp suất phun nhiên liệu rất cao.
- Bộ phun để phun sương nhiên liệu đưa vào xylanh.
Nguyên lý làm việc của bộ phun thời áp biến thiên:
Hình I-15: Các bộ phận của bơm phun HEUI
ECM sẽ đưa ra tín hiệu cho van từ tính bộ phun, dịch chuyển van đĩng mở sang vị trí đĩng, đĩng đường xả dầu động cơ, tạo ra áp suất trên bộ tăng áp và đẩy bộ này đi
xuống. Piston cũng đi xuống cùng bộ tăng áp, tạo nên áp suất nhiên liệu. Khi áp suất nhiên liệu đạt đến giới hạn (4500 psi), van đầu phun sẽ đi lên và sự phun bắt đầu.
Đơi khi áp suất nhiên liệu cĩ thể đạt đến 21000 psi theo yêu cầu. Áp suất này được tạo ra do piston, chỉ khoảnh khắc, nén nhiên liệu nhanh hơn nhiên liệu cĩ thể đi qua các lỗ phun và vào xylanh. Điều này làm tăng mạnh sự tạo sương nhiên liệu. Sự phun dừng lại khi cuộn từ tính bị ngắt điện từ ECM.
Sau khi van từ tính bị ngắt điện, van đĩng mở trở về vị trí ban đầu do tác dụng của lực lị xo. Van đĩng mở, ở vị trí đĩng sẽ đĩng dầu động cơ ở áp suất cao và mở đường hồi dầu về thùng. Khi điều này xảy ra, áp suất nhiên liệu tác dụng lên piston sẽ trở nên lớn hơn lực ép xuống của bộ tăng áp và sự phun dừng lại.
Hình I-16 : Chu kỳ tải bằng số phần trăm thời gian hoạt động trong một chu kỳ
I.9.5. Phương pháp điều chỉnh qui luật phun bằng điện tử trực tiếp trực tiếp
Đây là phương pháp được xem là mới nhất hiện nay với nhiều chức năng ưu việt, được sự trợ giúp của các máy tính lập trình sẵn, những thế hệ động cơ sử dụng phương pháp điều chỉnh qui luật phun này đã đáp ứng được hàng loạt các chỉ tiêu kinh tế cũng như
ON 10% 1chu kỳ 90% 50% OFF OFF OFF ON ON Chu kỳ tải = 10% Chu kỳ tải = 50% Chu kỳ tải = 90%
kỹ thuật của những động cơ thế hệ năm 2000. Để tìm hiểu rõ về nguyên lý hoạt động và đặc điểm cấu tạo của hệ thống này, ta sẽ đi sâu tìm hiểu hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp điều khiển điện tử (chương sau), đây là hệ thống phun nhiên liệu hoạt động theo phương pháp điều chỉnh qui luật phun nhiên liệu bằng điện tử.
CHƯƠNG II:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRỰC TIẾP ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ
Hệ thống phun nhiên liệu điện tử hay nĩi chính xác hơn là hệ thống phun nhiên liệu được điều khiển bằng các thiết bị điện tử, cũng cĩ chức năng và yêu cầu hồn tồn tương tự chức năng và yêu cầu đối với hệ thống phun nhiên liệu cơ khí. Tuy nhiên nĩ cĩ điểm khác nhau cơ bản giữa hệ thống phun nhiên liệu điện tử và hệ thống phun nhiên liệu cơ khí là:
Hệ thống phun nhiên liệu điện tử cĩ bộ phận điều khiển là ECM hay ECU, ECM hay ECU thay thế hồn tồn cho bộ điều tốc cơ khí, các cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến vị trí tay ga, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ và các cảm biến khác sẽ chuyển tín hiệu về ECM hay ECU, rồi tính tốn và điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào xylanh động cơ.
II.1. NHỮNG NÉT KHÁI QUÁT VAØ ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG PHUN NHIÊN LIỆU ĐIỆN TỬ.
II.1.1. Những nét khái quát.
Con đường thứ ba của lịch sử phát triển động cơ đốt trong đã sáng tạo rất nhiều cơ cấu và hệ thống đặc biệt nhằm nâng cao cơng suất và hiệu suất của động cơ cũng như các vấn đề về bảo vệ mơi trường. Các cơ cấu như Valvetronic, hệ thống phun xăng điện tử EFI, GDI, và hệ thống phun nhiên liệu (diesel) điện tử… lần lượt được ra đời.
Động cơ diesel được dùng ngày càng nhiều trong các lĩnh vực giao thơng vận tải, khai thác thuỷ sản,… Trở ngại lớn nhất cho khả năng ứng dụng của nĩ là tiếng ồn đặc biệt là loại động cơ sử dụng hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp (buồng cháy thống nhất). Song với yêu cầu ngày càng cao về giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu và khí xả thì động cơ diesel phun trực tiếp, tăng áp cao ngày càng được sử dụng rộng rãi.
Sự hình thành hỗn hợp cháy đặc biệt ở động cơ diesel phun trực tiếp phụ thuộc hồn tồn vào sự cung cấp (phun) nhiên liệu. Hệ thống nhiên liệu dùng cho động cơ
diesel cho đến nay chủ yếu là kiểu BOSCH bao gồm cặp piston – xylanh, đường ống dẫn dầu cao áp, vịi phun đã khơng thỗ mãn được các yêu cầu trên. Vào những năm 80 của thế kỹ trước, Fiat đã đi sâu nghiên cứu cải tiến hệ thống nhiên liệu dùng cho động cơ diesel nhằm thỗ mãn các yêu cầu sau:
+ Tiêu hao nhiên liệu thấp.
+ Cải thiện đặc tính cơng suất của động cơ diesel, để cĩ mơmen và số vịng quay lớn.
+ Giảm tiếng ồn do cháy gây ra, do đĩ cải thiện tiếng ồn của động cơ. + Cải thiện đặc tính khởi động lạnh.
+ Đáp ứng yêu cầu ngày càng khắt khe về khí xả.
II.1.2. Những ưu điểm của hệ thống phun nhiên liệu điện tử.
Việc sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử trong các động cơ diesel hiện đại thay cho các hệ thống phun nhiên liệu cổ điển bằng BCA điều khiển bằng cơ khí trước nay đã tạo nên khả năng làm việc tối ưu của động cơ. Do việc thiết kế phương án giữa đường ống nạp tối ưu và việc sử dụng vịi phun trực tiếp đã làm cho hiệu suất động cơ tăng lên rất nhiều.
Đáp ứng yêu cầu về các chất phát thải trong động cơ. Với việc sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử, lượng độc tố trong khí thải được giảm đến mức thấp nhất. Như ta đã biết sự hình thành hơi độc trong khí thải động cơ diesel cĩ liên quan trực tiếp đến rất nhiều yếu tố như: tỷ lệ hồ trộn giữa nhiên liệu và khơng khí, kết cấu buồng cháy, chất lượng phun nhiên liệu, … Vì vậy muốn cho khí thải của động cơ bớt hơi độc thì hệ thống nhiên liệu phải đáp ứng các khả năng trên.
Đáp ứng được các chỉ tiêu kinh tế của động cơ mà cụ thể là việc tiết kiệm nhiên liệu của hệ thống này. Các vịi phun được điều khiển bởi một bộ xử lý điều khiển điện tử trung tâm ECM, nhờ vậy các xylanh được cung cấp một lượng dầu đồng đều, thống nhất ở bất kỳ chế độ hoạt động nào của động cơ.
Một ưu điểm nữa của hệ thống phun nhiên liệu điện tử là động cơ làm việc rất tin cậy, động cơ cĩ khả năng thích ứng với mọi chế độ tải trọng khác nhau, đặc biệt là khả năng thích ứng và can thiệp cực nhanh khi tải thay đổi. Bộ điều khiển và xử lý trung tâm ECM chỉ huy vịi phun phun dầu vào xylanh trong thời gian cực nhanh tính bằng phần ngàn của một giây đồng hồ.
II.2. NHỮNG NÉT ĐẶC TRƯNG VỀ CÁC ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG HỆ THỐNG PHUN NHIÊN LIỆU ĐIỆN TỬ.
So với các động cơ thế hệ trước đã sử dụng buồng đốt phụ. Mặc dù đã được điện tử hố nhằm khắc phục những nhược điểm tồn tại trong quá trình cháy nhưng vẫn chưa thật sự loại bỏ được những khĩ khăn đĩ. Các động cơ diesel hiện đại sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử đã tạo ra một bước nhảy vọt về mặt hiệu suất cũng như tiết kiệm nhiên liệu, đặc biệt hệ thống này đã nâng cao khả năng tăng tốc độ quay đáng kể mà ở các loại động cơ trước kia khi sử dụng buồng cháy thống nhất mắc phải.
Trong hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp, thì nhiên liệu được phun trực tiếp vào trong buồng đốt của động cơ dưới áp suất rất cao khoảng 300 bar. Điều khác biệt so với các động cơ khác trong họ động cơ diesel là hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp điều khiển điện tử, nhiên liệu được phun trực tiếp vào phía trên đỉnh của piston. Cĩ thể nhận thấy rằng hiệu quả của động cơ được cải thiện đáng kể hơn nhờ những nhân tố sau:
+ Chất lượng hồ trộn giữa nhiên liệu và khơng khí tốt hơn. + Làm giảm sự hao phí nhiệt độ cho các cơng việc khác.
+ Sự đốt cháy hỗn hợp trực tiếp trong buồng cháy chính (khơng dùng buồng đốt phụ như các động cơ diesel thế hệ củ) đã đơn giản hố về mặt kết cấu của động cơ.
Đặc tính kỹ thuật nỗi bật của của các loại động cơ sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử chính là những cải tiến ở phần đầu các xylanh, cụ thể như:
+ Buji sấy được định vị ở một vị trí đặc biệt nhằm tạo hiệu quả tối ưu cho việc sấy nĩng nhiên liệu khởi động.
+ Các vịi phun diesel được bố trí ở những vị trí đặc biệt trong buồng đốt nhằm tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình phun nhiên liệu và hồ trộn thành hỗn hợp cháy tối ưu.
Bên cạnh đĩ, hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp điều khiển điện tử cịn cĩ những cải tiến vượt bậc từ những cải tiến vốn đã rất hiệu quả của các loại động cơ trước đây:
+ Hạn chế sự hao mịn do rung động gây ra bởi sự va chạm của các van con lăn. + Sự tối ưu hố đường ống nạp khí mới và lối thốt khí xả.
+ Sự giảm tối thiểu trọng lượng động cơ nhằm nâng cao trọng tải cho tàu hoặc tính linh động cho ơtơ.
II.3. HỆ THỐNG VỊI PHUN NHIÊN LIỆU
Trong hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp điều khiển điện tử, các vịi phun được bố trí và cĩ những đặc điểm giống như những vịi phun cổ điển từ trước tới nay.
+ Nhiên liệu được phun trực tiếp vào phía trên đỉnh của piston, điều này làm giảm triệt để sự mất mát nhiệt trong lịng xylanh, tạo điều kiện hơn cho khả năng làm việc của động cơ.
+ Vịi phun trực tiếp được vận hành bởi sự điều khiển một cách rất chính xác (cĩ khi đến máy mĩc) của bộ xử lý trung tâm ECM thơng qua hệ thống cảm biến gắn trên đĩa phân phối khi quay trịn theo tốc độ của trục khuỷu.
+ Áp suất phun nhiên liệu tại cửa ra của bơm khơng thể vượt quá (300 – 400) bar khi động cơ chạy khơng tải và khơng vượt quá 900 bar khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao.
Tuy nhiên, với những đặc điểm trên cũng chính là những nguyên nhân gây nên một số trở ngại cố hữu của hệ thống, cụ thể là trong việc điều chỉnh lượng thiếu hụt nhiên liệu trong quá trình phun nhiên liệu và tiếng ồn của động cơ do hiệân tượng cháy trước. Vì thế, hệ thống vịi phun trực tiếp này khơng được sử dụng rộng rãi trên các loại động cơ diesel