Cảm biến âp suất ống đo âp suất tức thời trong ống phđn phối vă bâo về ECU với độ chính xâc thích hợp vă tốc độ đủ nhanh.
Nhiín liệu chảy văo cảm biến âp suất đường ống thông qua một đầu mở vă phần cuối được bịt kín bởi măng cảm biến. Thănh phần chính của cảm biến lă một thiết bị bân dẫn gắn trín măng cảm biến, dùng để chuyển âp suất thănh tín hiệu điện. Tín hiệu do cảm biến tạo ra được đưa văo mạch khuếch đại tín hiệu vă đưa đến ECU.
Cảm biến hoạt động theo nguyín tắc :
- Khi măng biến dạng thì lớp điện trở đặt trín măng sẽ thay đổi giâ trị. Sự biến dạng (khoảng 1 mm ở âp suất 180 MPa ) lă do âp suất tăng lín trong hệ thống, sự thay đổi điện trở dẫn đến sự thay đổi điện thế ở mạch cầu điện trở.
- Điện âp thay đổi trong khoảng 0-70 mV (tùy thuộc âp suất tâc động) vă được khuếch đại bởi mạch khuếch đại đến 0,5 V- 4.5V.
Hình 2.14. Cảm biến âp suất trín ống phđn phối.
1- Mạch điện ; 2- Măng so ; 3- Măng của phần tử cảm biến; 4 - Ống dẫn âp suất; 5- Ren lắp ghĩp.
Việc kiểm soât một câch chính xâc âp suất của ống lă điều bắt buộc để hệ thống hoạt động đúng. Đđy cũng lă nguyín nhđn tại sao cảm biến âp suất ống Rail phải có sai số nhỏ trong quâ trình đo. Trong dải hoạt động của động cơ, độ chính xâc khi đo đạt khoảng 2%. Nếu cảm biến âp suất ống bị hỏng thì van điều khiển âp suất sẽ được điều khiển theo giâ trị định sẵn trong ECU.
2 3 3
4
5 1 1
2.4.2.3. Vòi phun
Vòi phun của động cơ 2KD-FTV sử dụng vòi phun kín, thời điểm phun vă lượng phun được điều khiển bằng van điện từ dưới sự điều khiển của ECU.
Hoạt động của vòi phun có thể chia lăm 4 giai đọan 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.
1817 17 16 15 10 11 1 13 12 9 8 6 7 5 4 3 2
Hình 2.15: Kết cấu vòi phun.
1- Lỗ phun ; 2- Kim phun ; 3- Khoang chứa Diesel kim phun ; 4- Lò xo ; 5- Piston điều khiển ; 6- Đầu nối ống dầu hồi ; 7- Khoang điều khiển ; 8- Van từ ; 9- Cuộn dđy từ ; 10- Lỗ tiết lưu ;11- Đầu nối đường ống cao âp ; 12- Thđn vòi phun ; 13- Ecu ;14- Đầu nối đến EDU ;15- Đường dầu văo ; 16- Đường dầu hồi ; 17- Lỗ xả ; 18- Lò xo
Kim phun đóng (ở trạng thâi nghỉ):
Nhiín liệu từ Rail đến vòi vă theo đường ống dẫn sẽ đi đến buồng điều khiển 7 thông qua tiết lưu 10 buồng điều khiển được nối với đường dầu về thông qua lỗ xả 17 được điều khiển bởi van từ 8(solenoid).
Khi không có dòng điện chạy đến cuộn dđy từ 9 thì lực lò xo 18 lớn hơn âp suất trong buồng điều khiển, do đó van từ 8 bị đẩy xuống đóng lỗ xả 17 lại, vì thế âp suất tâc dụng lín piston điều khiển 5 vă nĩn lò xo 4 cao hơn âp suất dầu tại thđn ty kim 2. Kết quả lă kim bị đđy xuống dưới vă lăm kín lỗ phun với buồng đốt.
Khi kim phun mở ( bắt đầu phun ).
Khi cuộn dđy từ có dòng điện, lực hấp dẫn của cuộn dđy từ sẽ kĩo van từ 8 lín trín lỗ xả 17 mở nhiín liệu chảy ra. Điều năy lăm cho âp suất ở buồng điều khiển giảm xuống, kết quả lă âp lực tâc dụng lín piston điều khiển cũng giảm theo. Khi âp suất trín piston điều khiển giảm xuống thấp hơn âp suất tâc dụng lín ty kim, thì âp suất tại ty kim thắng lực ĩp lò xo 4 cho kim phun mở ra vă nhiín liệu phun văo buồng đốt qua câc lỗ phun.
Kim phun mở hoăn toăn:
Nhiín liệu qua đầu ra rồi chảy bín dưới ống rò nhiín liệu vă piston điều khiển, nđng piston lín vă tăng cường phản ứng đóng mở cửa miệng. Khi dòng điện tiếp tục tâc dụng lín cuộn dđy từ, kim phun lín cao nhất lăm cho tốc độ phun đạt mức cao nhất (kim phun mở hoăn toăn)
Kim phun đóng (kết thúc phun ).
Khi dòng điện qua van điện từ bị ngắt, lò xo đẩy van từ đi xuống vă van từ đóng lỗ xả lại. Lỗ xả đóng đê lăm cho âp suất trong buồng điều khiển van tăng lín thông qua lỗ nạp. 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 của lò xo bđy giờ cao hơn lực tâc dụng của buồng chứa vă ty kim đóng lại. Tốc độ đóng của ty kim phụ thuộc văo dòng chảy của nhiín liệu qua lỗ nạp .
Đầu kim phun: Thiết kế của đầu phun được quyết định bởi :
- Việc kiểm soât nhiín liệu phun ra (thời điểm vă lượng nhiín liệu phun theo góc độ trục cam).
- Việc điều khiển nhiín liệu (số lỗ tia, hình dạng nhiín liệu phun ra vă sự phun sương tơi nhiín liệu, sự phđn phối nhiín liệu trong buồng chây, mức độ lăm kín buồng chây). Hiện nay có hai loại đầu phun dùng cho Common Rail : Đầu phun lỗ tia hở vă đầu phun lỗ tia kín. Lỗ tia phun được định vị nhờ văo hình nón phun. Số lượng lỗ tia vă đường kính của chúng dựa văo :
- Lượng nhiín liệu phun ra. - Hình dạng buồng chây.
- Sự xoây lốc trong buồng chây.
Đối với cả hai loại lỗ tia hở vă lỗ tia kín thì phần cạnh của lỗ tia có thể được gia công bằng phương phâp ăn mòn hydro nhằm mục đích ngăn ngừa sự măi mòn sớm của cạnh lỗ tia gđy ra bởi câc phần tử măi mòn vă giảm sai lệch dung lượng phun. Để giảm lượng hydrocacbon thải ra, thể tích nhiín liệu điền đầy ở đầu của tia kim cần thiết phải giữ ở mức độ nhỏ nhất. Việc năy được thực hiện tốt nhất với loại đầu phun loại tia kim. Lỗ tia của loại năy được sắp xếp quanh một lỗ bao. Trong trường hợp đỉnh của đầu phun hình tròn, hay tùy thuộc văo loại thiết kế, lỗ tia được khoan bằng cơ khí hay bằng mây phóng điện (EDM- Electrical-Discharge Machine). Lỗ tia với đỉnh của đầu phun hình nón thì luôn được khoan bằng phương phâp EDM. Đầu phun lỗ tia hở có thể được dùng với câc loại lỗ bao với kích thước khâc nhau như lỗ bao hình trụ vă lỗ bao hình nón. Đầu phun của vòi phun động cơ 2KD-FTV sử dụng đầu phun lỗ tia hở có 6 lỗ phun có đường kính 0.14 mm cấu tạo như sau :
6 7 7 8 9 3 2 4 5 1
Hình 2.16 : Cấu tạo đầu kim phun lỗ tia hở.
1- Lỗ phun ; 2- Đầu kim ; 3- Thđn kim ; 4- Kim phun ; 5- Buồng âp suất 6- Trục định hướng ; 7- Đường dầu văo ; 8- Ecu ; 9- Đế thđn kim
Mạch điều khiển phunnhiín liệu EDU.
EDU lăm nhiệm vụ khởi động cao câc vòi phun. EDU lă thiết bị dùng điện thế cao bộ đôi DC/DC để mở câc van từ với tốc độ cao .
Câc tín hiệu điều khiển :
+ IJt#1 đến 4 : Đầu văo cho câc tín hiệu khởi động vòi phun từ ECU động cơ + IJf : Đầu ra cho câc tín hiệu kiểm tra khởi động vòi phun (đến ECU động cơ)
+ COM : Đầu ra cao âp để tạo ra dòng không đổi đến câc vòi phun. + IJ #1 đến 4 : Đầu ra để khởi động câc vòi phun.
+ 1 Mạch cao thế. + 2 Mạch điều khiển. B C D E F G M K J I H L A 1 2 +B COM IJt#1 GND GND IJt#2 IJt#3 IJt#4 IJf IJt#1 IJt#1 IJt#1 IJt#1
Hình 2.17 . Sơ đồ mạch điều khiển phun nhiín liệu
Thiết bị phât điện âp cao sẽ chuyển điện âp ắc quy thănh điện âp cao cho ra đầu COM ổn định vă không đổi đến vòi phun. ECU nhận câc tín hiệu từ câc cảm biến truyền đến xử lý rồi truyền tín hiệu đến đầu nối B thông qua E của EDU, mạch điều khiển EDU nhận tín hiệu năy vă xử lý truyền tín hiệu đến vòi phun từ đầu nối H thông qua K, khởi động vòi phun. Khi vòi phun khởi động EDU sẽ truyền tín hiệu xâc định phun IJf đến ECU thông qua F, ECU nhận tín hiệu năy sẽ kết thúc quâ trình phun.
Điều khiển phun nhiín liệu ECU vă EDU.
Quâ trình điều khiển ECU vă EDU năy điều khiển thời gian vă lượng nhiín liệu phun chính xâc văo động cơ. ECU thực hiện những tính toân cần thiết dựa văo
những tín hiệu nhận được từ câc cảm biến. Sau đó ECU điều khiển khoảng thời gian dòng tâc dụng lín câc vòi phun để đạt thời gian vă lượng phun nhiín liệu tối ưu.
Câc loại điều khiển phun nhiín liệu như sau :
+ Điều khiển lượng phun nhiín liệu : Hiệu chỉnh tín hiệu tốc độ động cơ (NE) vă vị trí băn đạp ga (VPA).
+ Điều khiển thời gian phun nhiín liệu : Hiệu chỉnh tín hiệu tốc độ động cơ (NE) vă vị trí băn đạp ga (VPA).
+ Điều khiển tỉ lệ phun nhiín liệu : Hiệu chỉnh tỉ lệ phun nhiín liệu từ cảm biến van đường nạp (VLU) trong một thời gian năo đó.
+ Điều khiển âp suất phun : Sử dụng cảm biến âp suất ống phđn phối đo âp suất nhiín liệu, rồi truyền dữ liệu năy đến ECU động cơ để điều khiển lượng nhiín liệu bơm.
+ Điều khiển thời điểm phun : Hiệu chỉnh từ tín hiệu vị trí cam G, NE vă VPA Điều khiển lượng phun nhiín liệu : ECU tính toân lượng phun cơ bản dựa văo điều kiện của động cơ bằng câch điều chỉnh lượng phun cơ bản cho phù hợp với nhiệt độ nước lăm mât, nhiệt độ nhiín liệu, nhiệt độ không khí văo vă âp suất không khí văo.
Câch tính lượng phun : Khi tính cần so sânh hai giâ trị sau :
+ Lượng phun nhiín liệu cơ bản theo mẫu của bộ điều tốc, tính theo vị trí chđn ga vă tốc độ động cơ.
+ Lượng phun nhiín liệu điều chỉnh từ lượng phun tối đa dựa văo tốc độ động cơ. Trong hai trường hợp năy, lượng nhỏ hơn lăm cơ sở cho lượng phun nhiín liệu cuối cùng.
VPA NE
Lượng phun cơ bản
Lượng phun tối đa
Lượng phun nhỏ Lượng phun cuối
EDU tính chọn lượng phun Hiệu chỉnh lượng phun cho1xylanh Hiệu chỉnh tốc độ động cơ HIệu chỉnh âp suất phun
Lượng phun cơ bản : Lượng phun nhiín liệu cơ bản do tốc độ động cơ NE vă góc chđn ga quyết định. Khi tốc độ động cơ không đổi, tăng góc chđn ga sẽ lăm tăng lượng nhiín liệu phun.
Lượng phun nhiín liệu tối đa : Lượng phun nhiín liệu tối đa được tính bằng câch cộng câc lượng điều chỉnh từ lượng phun tối đa cơ bản do tốc độ động cơ quyết định. Câc lượng điều chỉnh đó lă : Điều chỉnh âp suất không khí văo, điều chỉnh nhiệt độ không khí văo, điều chỉnh âp suất không khí, vă điều chỉnh lượng phun nhiín liệu tối đa khi động cơ nguội.
Lượng phun ban đầu : Lượng phun ban đầu được tính từ khi bật bộ khởi động dựa trín lượng phun ban đầu cơ bản vă thời gian bộ khởi động bật. Lượng phun nhiín liệu cơ bản giảm, lượng tăng, vă giảm sẽ thay đổi theo nhiệt độ chất lăm mât vă tốc độ động cơ.
Điều khiển thời gian phun : Thời gian phun được điều khiển theo thời gian dòng tâc dụng lín vòi phun
Điều khiển thời gian phun chính thức vă thời gian phun thử nghiệm.
+ Thời gian phun chính thức : Thời gian phun cơ bản được tính từ tốc độ động cơ vă lượng phun cuối cùng (đê điều chỉnh) để quyết định thời gian phun chính tối ưu.
+ Thời gian phun thử nghiím : Thời gian phun thử nghiệm được tính bằng câch cộng quêng thử nghiệm văo thời gian phun chính thức. Quêng thử nghiệm được tính từ lượng phun cuối cùng, tốc độ động cơ, nhiệt độ chất lăm mât, nhiệt độ không khí vă âp suất không khí nạp. Khi động cơ khởi động, quêng thử nghiệm được tính từ nhiệt độ chất lăm mât vă tốc độ động cơ.
Điều khiển âp suất phun.
ECU tính toân âp suất phun nhiín liệu do lượng phun cuối cùng vă tốc độ động cơ quyết định. Âp suất phun khi khởi động được tính từ nhiệt độ chất lăm mât vă tốc độ động cơ.
Đồ thị quan hệ giữa âp suất ống phđn phối (1), tốc độ động cơ (2), lượng phun cuối cùng (3). Như trín đồ thị ta thấy khi tốc độ động cơ tăng lượng phun tăng theo lăm âp suất phun tăng. Âp suất trong ống phđn phối điều khiển bởi van SCV phụ thuộc văo tốc độ động cơ.
Điều khiển tỉ lệ phun nhiín liệu.
Hiệu chỉnh Thời gian
phun cơ bản
Thời gian phun chính
Thời gian phun thử nghiệm NE
Lượng phun
Hiệu chỉnh điện âp
Hiệu chỉnh âp suất không khí văo
Hiệu chỉnh nhiệt độ không khí văo
Hiệu chỉnh nhiệt độ nước lăm mât
Việc điều khiển tỉ lệ phun nhiín liệu dựa văo cảm biến vị trí van cắt đường nạp trong một khoảng thời gian nhất định. Bởi vì động cơ diesel khâc so với động cơ xăng. Động cơ xăng không khí nạp phu thuộc hoăn toăn văo vị trí bướm ga, ngược lại động cơ diesel lại không phụ thuộc hoăn toăn văo vị trí van cắt đường nạp mă chỉ phụ thuộc một khoảng nhất định vì động cơ diesel tự tạo ra dòng khí trong buồng đốt để hoă trộn nhiín liệu.