2. Câc hệ thống nhiín liệu Diesel điều khiển điện tử
2.3.1. Khâi quât về hệ thống nhiín liệu Diesel HEUI
Hệ thống nhiín liệu HEUI (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector – Tâc động thủy lực, điều khiển điện tử ) lă một trong những cải tiến lớn của động cơ Diesel. Nó cũng lă một bộ phận trong công nghệ ACERT của hêng Carterpillar. Sự ra của đời của HEUI đê thiết lập những tiíu chuẩn mới đối với động cơ về tiíu hao nhiín liệu, độ bền cũng như câc tiíu chuẩn về khí thải.
Công nghệ nhiín liệu HEUI đang thay đổi câch nghĩ của nhă kỹ thuật lẫn người vận hănh về hiệu suất động cơ Diesel. Vượt trội hơn hẳn công nghệ phun nhiín liệu truyền thống trước đđy, HEUI cho phĩp điều chỉnh chính xâc nhiín liệu phun văo buồng chây cả về thời gian, âp suất vă lượng nhiín liệu phun, mang lại hiệu suất cao cho động cơ.
Công nghệ phun nhiín liệu truyền thống trước đđy phụ thuộc văo tốc độ động cơ, khi tốc độ động cơ tăng thì âp suất phun cũng tăng lín, gđy ảnh hưởng đến độ bền của động cơ vă lăm tăng suất tiíu hao nhiín liệu. Âp suất phun đối với hệ thống nhiín liệu HEUI không phụ thuộc văo tốc độ động cơ mă phụ được điều khiển bằng điện. Vì vậy, động cơ trang bị hệ thống HEUI sẽ tiết kiệm nhiín liệu hơn vă khí xả sạch hơn.
Hệ thống nhiên liệu thông thường HEUI Tốc độ động cơ Áp su ất ph un
Hình 2.21: Đặc tính phun của hệ thống nhiín liệu HEUI 2.3.2. Sơ đồ hệ thống nhiín liệu Diessel HEUI:
Các cảm biến Các công tắc 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Hình 2.22: Sơ đồ hệ thống nhiín liệu HEUI
Bơm cao âp 1 lă bơm piston hướng trục thay đổi lưu lượng. Dầu từ thùng dầu được hút qua câc thiết bị lọc văo bơm, hoạt động của bơm sẽ lăm cho âp suất dầu tăng lín đến âp suất yíu cău vă bơm đến vòi phun HEUI. Bơm cao âp ở hệ thống HEUI còn có nhiệm vụ tạo ra âp suất cao cho dầu thủy lực (chính lă dầu bôi trơn) tâc động phun để đấy xylanh ĩp. ECM sẽ điều khiển dòng dầu cao âp năy văo khoang ĩp của xylanh ĩp trong vòi phun để tâc động phun.
1- Bơm cao âp; 2- Lọc dầu bôi trơn; 3- Van điều khiển âp suất tâc động phun; 4- Bơm dầu bôi trơn; 5- Đường dầu cao âp; 6- Vòi phun; 7- Thùng nhiín liệu; 8- Bộ điều chỉnh âp suất nhiín liệu; 9- ECM; 10- Thiết bị tâch nước; 11- Lọc thô; 12- Lọc tinh
Mô- đun điều khiển điện tử ECM 9 ( Electronic Control Module ) hoạt động như một mây tính điều khiển toăn bộ động cơ. ECM nhận tín hiệu điều khiển từ câc cảm biến vă công tắc khâc nhau, phđn tích xử lý nhờ phầm mềm đê căi đặt trong bộ nhớ vă đưa tín hiệu điều khiển đến van điện từ của vòi phun để điều khiển thời điểm vă lượng nhiín liệu phun. Đồng thời ECM cũng gửi tín hiệu đến van điều khiển âp suất tâc động phun để điều khiển âp suất dầu chuyển đến vòi phun. Do đó âp suất năy tỷ lệ với âp suất phun, nín qua đó ECM sẽ điều khiển được âp suất phun. Như vậy ECM sẽ điều khiển được toăn bộ quâ trình phun nhiín liệu phù hợp với câc tín hiệu do câc cảm biến gởi về.
Van điều khiển âp suất tâc động phun 3: Thông thường, âp suất do bơm cao âp tạo ra sẽ cao hơn âp suất phun, van điều khiển âp suất tâc động phun sẽ xả một phần dầu trở về thùng để ổn định âp suất dầu bằng âp suất yíu cầu do tín hiệu ECM quy định.
Hình 2.23: Cấu tạo vòi phun HEUI
1- Van hình nấm; 2- Cụm piston tăng cường âp suất; 3- Đót kim; 4- Kim phun; 5- Ti bơm; 6- Van điện từ
Vòi phun HEUI lă một thiết bị độc lập được điều khiển trực tiếp bởi ECM. Dầu Diesel có âp suất từ 800 đến 3000 psi được bơm cấp chuyển đến vòi phun. Bộ phận piston trong vòi phun hoạt động tương tự như xylanh thủy lực có tâc dụng nđng âp suất dầu văo phun lín đến âp suất phun ( từ 3000 đến 21000 psi). Van điện từ ở phía trín vòi phun nhận tín hiệu điều khiển từ ECM, qua đó điều khiển dầu bôi trơn tâc đông văo piston để điều khiển thời điểm vă lượng nhiín liệu phun.
2 1 6 5 3 4
Nguyín lý lăm việc:
Bơm cao âp của hệ thống cấp một lượng dầu thủy lực tới van điện từ của vòi phun HEUI. Tại đđy van điện từ sẽ được điều khiển mở cho dầu có âp suất cao năy văo trong khoang phía dưới van hình nấm để tâc động phun.
Một bơm cấp nhiín liệu ( bơm dầu Diesel ) nằm trong bơm cao âp đồng thời cấp một lượng dầu nhất định văo đường biín của cụm kim phun. Tại đđy nhiín liệu có âp suất nhất định sẽ chờ sẵn ở khoang của cụm kim phun nằm phía dưới ti bơm. Một phần nhiín liệu cũng được đưa xuống cụm piston tăng cường âp suất.
Khi van điện từ mở, dầu cao âp sẽ được đưa văo trong khoang của van hình nấm, tạo nín một âp suất đẩy ti bơm đi xuống. Ti bơm đi xuống sẽ đồng thời tạo ra một âp suất thắng được sức căng của lò xo trong cụm piston tăng cường âp suất, đẩy nhiín liệu chờ sẵn dưới khoang của cần đẩy ra ngoăi buồng đốt của động cơ. Khi van điện từ đóng lại, dầu cao âp ngừng cấp văo khoang van hình nấm, âp suất trín khoang van bị mất, đồng thời âp suất khoang bín dưới cần đẩy cũng giảm đột ngột, âp suất khoang phía dưới ti bơm không đủ để thắng sức căng lò xo cụm piston tăng âp nữa, ngắt quâ trình phun nhiín liệu.Ở vòi phun HEUI thì quâ trình phun có cả phun mồi.(Pilot Injection).
Như vậy, ứng dụng hệ thống nhiín liệu HEUI văo động cơ cho phĩp nđng cao hiệu suất lăm việc, tiết kiệm nhiín liệu vă giảm thiểu câc tổn thất cũng như tiếng ồn của động cơ.
Tuy nhiín, câc thiết bị trong hệ thống HEUI có độ chính xâc rất cao, nhiín liệu bẩn có thể gđy mòn, thậm chí phâ hỏng câc chi tiết trong hệ thống. Hạt bẩn có đường kính chỉ bằng 1/5 đường kính sợi tóc đê có thể gđy nguy hiểm cho hệ thống. Chính vì vậy bộ lọc giữ vai trò rất quan trọng trong việc nđng cao độ bền của hệ thống.
2.4. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VĂ VỊ TRÍ CÂC CẢM BIẾN TRONG HỆTHỐNG NHIÍN LIỆU DIESEL ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ. THỐNG NHIÍN LIỆU DIESEL ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ.
2.4.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển trong hệ thống nhiín liệu Diesel điều khiển điện tử:
Trín (hình 35) vă (hình 36) lă sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử EFI – Diesel. ECU sẽ nhận câc tín hiệu đầu văo từ câc cảm biến vă câc công tắc, sau đó câc tín hiệu sẽ được xử lý vă ECU đưa tín hiệu đầu ra đến EDU tới bộ chấp hănh. Đồng thời cũng đưa ra câc tín hiệu chẩn đoân độ an toăn hoạt động của câc cảm biến vă câc công tắc.
Các cảm biến Cảm biến tốc độ động cơ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Cảm biến vị trí bàn đạp ga Cảm biến nhiệt độ khí nạp Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu Cảm biến áp suất nhiên liệu Cảm biến áp suất đường ống nạp
v.v... Các công tắc
Chẩn đoán an toàn
Bộ chấp hành Điều khiển lượng phun nhiên liệu
Điều khiển thời điểm phun nhiên liệu SPV EDU ECU Công tắc A/C Khóa điện Công tắc bàn đạp ga Công tắc quạt gió v.v...
TCV Các điều khiển khác EGR Điều khiển bugi sấy
v.v...
Hình 2.24:Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử EFI – Diesel dùng bơm cao âp
Các cảm biến Cảm biến tốc độ động cơ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Cảm biến vị trí bàn đạp ga Cảm biến nhiệt độ khí nạp Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu Cảm biến áp suất nhiên liệu Cảm biến áp suất đường ống nạp
v.v... C ác công tắc
Chẩn đoán an toàn
Bộ chấp hành
Điều khiển lượng phun nhiên liệu
Điều khiển thời điểm phun nhiên liệu Vòi phun EDU ECU Công tắc A/C Khóa điện Công tắc bàn đạp ga Công tắc quạt gió v.v...
Các điều khiển khác EGR Điều khiển bugi sấy
v.v... Điều khiển thời điểm phun nhiên liệu
SCV Điều khiển phát điện
Hình 2.25: Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử EFI – Diesel dùng ống phđn phối
Qua hai sơ đồ, ta thấy câc tín hiệu đầu văo, chức năng của bộ điều khiển trung tđm lă như nhau. Tuy nhiín có sự khâc nhau ở bộ phận chấp hănh: Ở hệ thống dùng bơm cao âp, EDU sẽ điều khiển van SPV nhằm điều chỉnh lượng nhiín liệu phun văo buồng chây động cơ vă thời điểm phun nhiín liệu được điều khiển bởi van điều khiển thời điểm phun TCV. Còn ở hệ thống Common Rail, EDU sẽ điều khiển vòi phun điện tử, qua đó sẽ điều khiển lượng phun nhiín liệu vă thời điểm
phun, âp suất nhiín liệu sẽ được điều khiển bởi van SCV. Như vậy, ở hai hệ thống trín, chức năng của SPV – vòi phun, chức năng của câc van TCV – SCV lă như nhau.
Từ sự khâc nhau trín sẽ dẫn đến vị trí của một cảm biến, công tắc vă công tâc chẩn đoân, kiểm tra hư hỏng của hai hệ thống sẽ khâc nhau.
2.4.2. Sơ đồ bố trí câc cảm biến:
EDU ECU SPV TCV 1 2 3 8 4 5 7 6 9
Hình 2.26: Vị trí câc cảm biến trong hệ thống nhiín liệu EFI–Diesel bơm caoâp
9 5 3 ECU EDU 1 11 2 4 6 8 7 10 12
Hình 2.27:Vị trí câc cảm biến trong hệ thống nhiín liệu EFI–Diesel ống phđnphối
1- Cảm biến tốc độ; 2- Cảm biến nhiệt độ nhiín liệu; 3- Cảm biến vị trí băn đạp ga; 4- Cảm biến nhiệt độ khí nạp; 5- Cảm biến nhiệt độ nước lăm mât; 6- Cảm biến âp suất đường ống nạp; 7- Cảm biến vị trí trục khuỷu; 8-Vòi phun; 9- Bơm cao âp.
1- Cảm biến nhiệt độ nhiín liệu; 2- Cảm biến âp suất nhiín liệu; 3- Cảm biến lưu lượng không khí nạp; 4- Cảm biến vị trí băn đạp ga; 5- Cảm biến nhiệt độ khí nạp; 6- Cảm biến vị trí trục cam; 7- Cảm biến nhiệt độ nước lăm mât; 8- Cảm biến âp suất đường ống nạp; 9- Cảm biến vị trí
Vị trí câc cảm biến ở hai hệ thống cơ bản lă giống nhau. Hệ thống EFI – Diesel dùng ống phđn phối có thím cảm biến âp suất nhiín liệu gắn ở ống phđn phối để đo âp suất dầu. Ngoăi ra, ở hệ thống EFI- Diesel van SPV vă TCV được gắn trực tiếp trín bơm cao âp để thực hiện việc điều chỉnh lượng phun, còn ở hệ thống dùng ống phđn phối, EDU điều khiển trực tiếp vòi phun để phun nhiín liệu. Ở cả hai hệ thống năy, bơm cao âp chỉ có nhiệm vụ duy nhất lă tạo ra âp suất nhiín liệu cao vă được điều khiển bởi ECU.
2.4.3. Hệ điều khiển trong hệ thống nhiín liệu Diesel điều khiển điện tử. a. Bộ xử lý trung tđm ECU (Electric Control Unit). a. Bộ xử lý trung tđm ECU (Electric Control Unit).
Hình 2.28: ECU
Về mặt điều khiển điện tử, vai trò của ECU lă xâc định lượng phun nhiín liệu, định thời điểm phun nhiín liệu dựa trín câc tín hiệu nhận được từ câc cảm biến vă câc công tắc khâc nhau. Ngoăi ra, ECU chuyển câc tín hiệu để vận hănh câc bộ chấp hănh.
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 thực hiện câc chức năng để xâc dịnh lượng phun: - Tính toân lượng phun cơ bản
- Điều chỉnh lượng phun
- So sânh lượng phun cơ bản vă lượng phun tối đa.
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 sỡ cho lượng phun nhiín liệu cuối cùng.
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. 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
+ 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
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
theo lăm âp suất phun tăng. Âp suất trong ống phđn phối điều khiển bỡi van SCV phụ thuộc văo tốc độ động cơ.
Điều khiển tỉ lệ phun nhiín liệu.
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. Bỡi 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