4. Khảo sât hệ thống Common Rail trín động cơ 1KD – FTV
4.5.8. 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 chịu âp suất cực đại của hệ thống vă trong suốt quâ trình ngưng phun. Vì vậy, chúng được chế tạo từ thĩp ống. Câc đường ống nằm giữa ống phđn phối vă kim phun phải có chiều dăi như nhau. Sự khâc biệt chiều dăi giữa ống phđn phối vă kim phun được bù bằng câch uốn cong ở câc đường ống nối. Tuy nhiín, câc đường ống năy nín giữ căng thẳng căng tốt.
4.6. CÂC CẢM BIẾN TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG NHIÍN LIỆU DIESEL ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ.
4.6.1. Cảm biến vị trí van cắt đường nạp VTA (VLU).
Hình 4.25 : Van cắt đường nạp
1-Cảm biến vị trí van cắt đường nạp ; 2-Van cắt cửa nạp ; 3- Môtơ điện
Van cắt của nạp được lắp trín cổ họng gió, gồm một cảm biến vị trí van cắt vă môtơ điện từ quay. Nhằm mục đích cải thiện tính năng hoạt động của hệ thống EGR vă dùng lăm tín hiệu cho ECU để điều khiển tỉ lệ phun nhiín liệu văo động cơ.
VC E2 E2 VLU 5V IC Hall Nam chđm 70 20 0 0.71 3.51 1 5 100
Hình 4.26 : Sơ đồ mạch điện của cảm biến vị trí van cắt đường nạp
Cảm biến vị trí van cắt đường nạp lă loại phần tử Hall gồm có câc mạch IC Hall lăm bằng câc phần tử Hall vă câc nam chđm quay quanh chúng, câc nam chđm được lắp trín trục của van cắt vă quay cùng với van cắt. Khi van cắt cửa nạp mở, câc nam chđm quay cùng một lúc, vă câc nam chđm năy thay đổi vị trí của chúng. Văo lúc đó, IC Hall phât hiện sự thay đổi từ thông gđy ra bởi sự thay đổi vị trí nam
1
chđm vă tạo ra điện âp ra của hiệu ứng Hall từ cực VLU theo mức thay đổi từ 0 ÷ 5V. Tín hiệu năy được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mở van.
Ký hiệu chđn Chức năng Điều kiện kiểm tra Giâ trị tiíu chuẩn
VC – E2 Nguồn cảm biến Khóa điện OFF→ON 0 ÷ 5V
VLU – E2 Tín hiệu ra cảm biến
Khóa điện ON, bướm ga mở tăng dần đến vị trí tối đa.
0,3 ÷ 4,2V
Bảng 4.1: Thông số hoạt động cảm biến vị trí van cắt đường nạp.
4.6.2. Cảm biến vị trí băn đạp ga (VPA).
Cảm biến vị trí của băn đạp ga biến đổi mức đạp xuống của băn đạp ga (góc) thănh một tín hiệu điện được chuyển đến ECU động cơ. Dùng lăm tín hiệu để điều khiển lượng phun nhiín liệu, vă thời gian phun nhiín liệu. Đđy lă loại cảm biến Hall có độ bền cao.
Hình 4.27 : Cảm biến băn đạp ga.
VCP1 VPA1 EP1 VCP2 VPA2 EP2 Nam chđm IC Hall 5 0 100 VPA1 VPA2
Hình 4.28 : Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí băn đạp ga.
Khi bật khóa điện đến vị trí ON, ECU sẽ cấp điện âp nguồn VCC (5 V) cho cảm biến vị trí băn đạp ga thông qua câc cặp chđn VCP1-EP1 vă VCP2- EPA2. Khi băn đạp ga được đạp, sẽ có điện âp ra từ câc chđn VPA1 vă VPA2 từ cảm biến. Điện âp ra của 2 chđn VPA1 vă VPA2 tăng dần từ 0~5V khi băn đạp ga từ vị trí không đạp đến vị trí đạp tối đa. Trong đó tín hiệu ra VPA1 dùng lăm tín hiệu chính để điều khiển động cơ, tín hiệu VPA2 lă tín hiệu dự phòng dùng phât hiện hư hỏng cảm biến. Nhờ sự thay đổi điện âp ra của 2 chđn tín hiệu từ cảm biến mă ECU biết được chính xâc mức độ đạp ga của tăi xế.
4.6.3. Cảm biến vị trí trục khuỷu (NE).
2
1 3 4
Hình 4.29 : Cảm biến vị trí trục khuỷu.
1- Lõi sắt ; 2- Cuộn dđy ; 3- Bộ tạo từ trường ; 4- Nam chđm.
Cảm biến vị trí trục khuỷu sử dụng loại cuộn dđy điện từ, được lắp phía đầu động cơ dùng để phât hiện góc quay trục khuỷu vă số vòng quay động cơ. Đĩa tạo tín hiệu NE được lăm liền với puly trục khuỷu vă có 34 răng, 2 răng khuyết (khu vực 2 răng khuyết năy lă dùng để phât hiện tín hiệu được tạo ra do sự chuyển động quay của một răng ta sẽ xâc định được 100 của góc quay trục khuỷu).
Chuyển động quay của đĩa tạo tín hiệu sẽ lăm lăm thay đổi khe hở không khí giữa câc răng của đĩa vă cuộn nhận tín hiệu NE, điều đó tạo ra tín hiệu NE. ECU sẽ xâc định khoảng thời gian phun cơ bản vă lượng phun cơ bản dựa văo tín hiệu năy. Khi răng căng ra xa cực nam chđm thì khe hở không khí căng lớn, nín từ trở cao, do đó từ trường yếu đi. Tại vị trí đối diện, khe hở nhỏ, nín từ trường mạnh, tức lă có nhiều đường sức từ cắt, trong cuộn dđy sẽ xuất hiện một dòng điện xoay chiều, đường sức qua nó căng nhiều, thì dòng điện phât sinh căng lớn. Tín hiệu sinh ra thay đổi theo vị trí của răng, vă nó được ECU đọc xung điện thế sinh ra, nhờ đó mă ECU nhận biết vị trí trục khuỷu vă tốc động cơ.
trục khuỷu tại vị trí răng thiếu của đĩa tạo tín hiệu, nhưng không xâc định được điểm chết trín của kỳ nĩn hay kỳ thải.
G NE 1 2 ECU 3 3 NE G 4 4 4 5 10CA 30CA
Hình 4.30 : Sơ đồ mạch vă dạng sóng tạo ra của cảm biến trục khuỷu vă cam.
1-Mạch đầu văo G ; 2- Mạch đầu văo NE ;
3- 34 xung mỗi 3600CA ; 4-1800CA; 5- Xung mỗi 7200CA
Ký hiệu chđn Điều kiện đo (0C) Giâ trị tiíu chuẩn (Ω)
TDC-TDC- Nguội: 10 ÷ 50 1630 ÷ 2740
Nóng: 50 ÷ 100 2065 ÷ 3225
Bảng 4.2: Thông số tiíu chuẩn cảm biến Ne
4.6.4. Cảm biến vị trí trục cam (TDC).
Trín trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam lă đĩa tín hiệu G có câc răng (5 răng). Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa câc vấu nhô ra trín trục cam vă cảm biến năy sẽ thay đổi. Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện âp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn văo cảm biến năy, sinh ra tín hiệu G. Tín hiệu G năy chuyển đi như một thông tin góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp với tín hiệu NE từ cảm biến vị trí trục khuỷu để xâc định TDC kỳ nĩn của mỗi xylanh vă phât hiện góc quay trục khuỷu. Cứ mỗi 2 vòng quay của động cơ, cảm biến tạo ra 5
THA E2
E1
R1
R1
xung nhưng chỉ có 1 xung lăm tín hiệu điều khiển. Dùng để xâc định thời điểm phun nhiín liệu.Sơ đồ mạch như trín hình 5.25.
4.6.5. Cảm biến nhiệt độ khí nạp (THA).
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.
Hinh 4.31 : Cảm biến nhiệt độ khí nạp
1- Điín trở nhiệt NTC ; 2- Thđn cảm biến ; 3- Lớp câch điện ; 4- Ổ nối dđy
v 6
5 7 8
Hình 4.32 : Sơ đồ điện cảm biến nhiệt độ khí nạp
1- Khối cảm biến ; 2- Điện trở nhiệt ;
3- Điện trở giới hạn dòng ; 4- Khối điều khiển PCM
Gồm một điện trở nhiệt loại NTC đặt ở đầu cảm biến nối với đầu ghim (4), thông qua lớp câch điện (3). 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. Điện trở loại năy được gọi điện trở có hệ số nhiệt đm. Tuỳ theo nhiệt độ khí nạp mă PCM sẽ nhận tín hiệu điện thay đổi từ điện trở để tăng hoặc giảm lượng khí nạp phù hợp với tỉ lệ hoă trộn hỗn hợp không khí - nhiín liệu.
Nguồn điện cung cấp cho mạch lă VR =5V. Ta có: VR = VR 1 + VR 2 . Khi R2 thay đổi → VR1 thay đổi:
7 6 5 4 3 2 1 0 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0C
Hình 4.33 : Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ vă điện trở.
1- Đường giâ trị điện trở lý tưởng ; 2- Đường giâ trị điện trở lớn nhất ; 3- Đường giâ trị điện trở thấp nhất.
4.6.6. Cảm biến âp suất đường ống nạp (PIM).
Hình 4.34 : Cảm biến âp suất đường ống nạp (không khí)
Hình 4.35 : Sơ đồ mạch điện
Cảm biến năy gắn một IC cảm nhận âp suất đuờng nạp như một tín hiệu PIM. ECU dựa văo tính hiệu năy xâc định thời gian phun cơ bản.
Cấu tạo gồm 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 năy được lộ ra với âp suất đường ống nạp vă phí 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
1 2 3
đường ống nạp có thể đo được chính xâc ngay cả khi độ cao năy thay đổi. Một thay đổi về âp suất của đường ống nạp sẽ lăm cho hình dạng của chip silic năy thay đổi, vă trị số điện trở của chip năy dao động theo mức biến dạng năy tín hiệu điện âp mă IC biến đổi từ sự dao động của giâ trị điện trở năy gọi lă tín hiệu PIM.
4.6.7. Cảm biến nhiệt độ nước lăm mât (THW).
Cảm biến nhiệt độ nước lăm mât động cơ sử dụng loại nhiệt điện trở có hệ số nhiệt đm, khi nhiệt độ nước lăm mât tăng, giâ trị điện trở cảm biến giảm vă ngược lại, ECU dùng tín hiệu năy để phât hiện tình trạng nhiệt độ động cơ.
Hình 4.36 : 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
R 5V ECM 28 19 2 1 E2 E2 THW T HW D1 D1
Hình 4.37: Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ nước
Khi khóa điện bật ON, ECU cấp điện âp 5V đến chđn THW của cảm biến, khi nhiệt độ nước thay đổi, điện trở cảm biến thay đổi, điện âp rơi trín 2 đầu điện trở cảm biến thay đổi như sau: khi nhiệt độ tăng điện trở cảm biến giảm điện âp tại chđn THW giảm vă ngược lại. ECU xâc định được nhiệt độ động cơ thông qua giâ trị điện âp rơi năy.
Hình 4.38: Vùng hoạt động của cảm biến nhiệt độ nước 4.6.8. Cảm biến nhiệt độ nhiín liệu (THF).
Điện trở kΩ
Cảm biến năy nhận biết nhiệt độ nhiín liệu bằng nhiệt điện trở bín trong, lắp trực tiếp trín bơm cao âp.
Nhiín liệu sẽ bay hơi kĩm khi nhiệt độ nhiín liệu thấp, vì vậy cần hỗn hợp đậm. Vì thế khi nhiệt độ nhiín liệu thấp, điện trở của nhiệt điện trở tăng lín vă tín hiệu điện âp THF cao được đưa đến ECU. Dựa trín tín hiệu năy ECU sẽ tăng lượng nhiín liệu phun văo lăm cải thiện khả năng tải trong quâ trình hoạt động của động cơ.
Hình 4.39 : Cảm biến nhiệt độ nhiín liệu.
1- Nhiệt điện trở ; 2- Thđn cảm biến ; 3- Giắc cắm
Ngược lại khi nhiệt độ nhiín liệu cao, một tín hiệu điện âp thấp THF gửi đến ECU lăm giảm lượng nhiín liệu phun.
Hình. 4.40 : Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nhiín liệu
Do điện trở R trong ECU vă nhiệt điện trở trong cảm biến nhiệt độ nhiín liệu được nối tiếp nín điện âp THF thay đổi khi điện trở của nhiệt điện trở thay đổi.
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 4.41 : 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.
5. TÍNH TOÂN KIỂM NGHIỆM CÂC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA BƠM CAOÂP, VÒI PHUN ĐỘNG CƠ 1KD-FTV. ÂP, VÒI PHUN ĐỘNG CƠ 1KD-FTV.
2 3
4 5 1
5.1. TÍNH TOÂN BƠM CAO ÂP.
5.1.1. Tính lượng nhiín liệu cung cấp cho xylanh cho một chu trình công tâc.
Theo [4], ta có công thức tính lượng nhiín liệu cung cấp cho chu trình tính công tâc xylanh như sau .
VCT = vCT.Vh [mm3] Trong đó:
- VCT : Thể tích nhiín liệu cung cấp cho một chu trình. - vCT : Một đơn vị thể tích công tâc xylanh.
Theo [4] vCT =
α
ηc
.
95 [mm3/l]
- ηc : Hệ số cung cấp của bơm, ηc = 0,75 (Theo [4], ηc = (0,75 ÷ 0,85)) - α : Hệ số dư lượng không khí, α =1,3.
Thay số, ta được:
vCT = 95.01,,753 = 54,81 [mm3/l] - Vh = Thể tích công tâc của xylanh.
Vh D .S 4 . 2 π = Với :
- D: Đường kính xylanh động cơ, D = 96 [mm] - S : Hănh trình piston, S = 103 [mm] Thay số, ta được: Vh = 4 103 . 96 . 14 , 3 2 = 745159 [mm3] = 0,74 [l] Vậy, VCT = 0,74.54,81 = 40,56 [mm3]
5.1.2. Đường kính piston bơm cao âp.
dPT = P C P C CT C n V k . . . . 6 . . . 4 η ϕ π Trong đó:
- dPT : Đường kính piston bơm cao âp. - CP : Vận tốc piston bơm.
Ta có : CP = 2.fPT.SPT
Với:
fPT = .4 2 n - n : Số vòng quay động cơ, n = 3400 [vg/ph] fPT = .4 6800 2 3400 = [vg/ph]
- SPT : Hănh trình thực tế của piston bơm SPT = 3,2 [mm]
Thay số, ta được:
CP = 2.6800.3,2 = 43520 [mm/ph] = 725,34 [mm/s]
- ϕP: Góc phun sớm, được xâc định từ điều kiện đảm bảo cho động cơ
khi chạy ở chế độ thiết kế ít tốn nhiín liệu nhất. Trín thực tế, ít khi vượt quâ
o
35
30÷ , chọn ϕp =20o
- k: Hệ số đânh giâ tỷ số giữa tốc độ cung cấp nhiín liệu cực đại với tốc độ trung bình, Theo [4], k =(1,2÷1,5). Chọn k =1,4. Thay số, ta có: dPT = 34 , 725 . 75 , 0 . 20 . 14 , 3 1700 . 6 . 56 , 40 . 4 , 1 . 4 = 8,24 [mm]. Theo thực tế, ta chọn dPT = 8,5 [mm]. Kiểm tra: ε = PT PT PTL d d d − ε = 0,0305 5 , 8 5 , 8 24 , 8 − = = 3,05%
Vậy sai số trín chấp nhận được.
5.1.3. Xâc định hănh trình có ích của piston bơm cao âp.
C P CT a f V h η . = 4 5 , 8 . 14 , 3