ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khai thác kỹ thuật hệ thống phun nhiên liệu điện tử commol rail trên xe Santafe
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
LỜI NÓI ĐẦU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khai thác kỹ thuật hệ thống phun nhiên liệu điện tử commol rail trên xe Santafe
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ.. 4
1.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel4
1.1.1. Công dụng. 4
1.1.2. Yêu cầu. 4
1.1.3. Phân loại5
1.2. Kết cấu chung của hệ thống. 12
1.2.1. Cấu tạo chung. 12
1.2.2. Nguyên lý hoạt động. 14
1.2.3. Các chi tiết trong hệ thống. 14
CHƯƠNG II: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ COMMON RAIL TRÊN XE SANTAFE 2.0 E.. 24
1. Phân tích kết cấu hệ thống phun nhiên liệu điện tử trên xe santafe 2.0 e. 24
1.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu common rail của động cơ trên xe Santafe 2.0 E.. 24
1.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ xe Santafe 2.0 E.. 29
1.2.1. Bơm cao áp.29
1.2.2. Van điều chỉnh áp suất31
1.2.3. Van ngắt32
1.2.4. Bầu lọc. 34
1.2.5. ống phân phối.35
1.2.6. Van giới hạn áp suất37
1.2.7. Bơm chuyển nhiên liệu.37
1.2.8. Vòi phun.38
2. Hệ thống điều khiển phun nhiên liệu.41
2.1. Sơ đồ các tín hiệu điều khiển. 41
2.2. Các loại cảm biến.42
3. Tính toán thời gian phun.53
CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG G-SCAN TRONG KHAI THÁC KĨ THUẬT HỆ THỐNG PHUN NHIÊN LIỆU ĐIỆN TỬ TRÊN XE SANTAFE 2.0 E.. 56
- 1. Khai thác kỹ thuật chung thiết bị chẩn đoán. 56
3.1.1. Cấu trúc của máy chẩn đoán CARMAN SCAN VG.. 56
3.2. Phân tích kết cấu hệ thống nhiên liệu diesel65
3.1.1. Bơm áp thấp.65
3.1.2. Bơm áp cao.65
3.1.3. Ống phân phối (Rail).66
3.1.4. Các loại cảm biến trong hệ thống.68
3.1.5. Bộ điều khiển trung tâm (ECU)71
3.1.6. Vòi Phun.75
3.2. Sử dụng thiết bị để xây dựng một số bài thực hành chẩn đoán hệ thống phun dầu điện tử xe Hyundai santafe. 77
3.2.1. Các lỗi thường gặp của hệ thống phun nhiên liệu. 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 91
LỜI NÓI ĐẦU
Trong xu thế hội nhập hiện nay, nền công nghiệp Việt Nam đang đứng trước những cơ hội tiềm năng và ngành công nghiệp ô tô Việt Nam cũng không ngoại lệ. Ở nước ta, số lượng ô tô hiện đại lưu hành ngày một tăng cao. Các loại ô tô này đều được cải tiến chủ yếu tăng công suất, tốc độ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, điện tử hóa quá trình điều khiển và hạn chế mức thấp nhất thành phần ô nhiễm trong khí xả động cơ.
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin trong vai trò dẫn đường, quá trình tự động hóa đi sâu vào các ngành sản xuất và các sản phẩm của chúng, một trong số đó là ô tô. Nhờ sự giúp đỡ của máy tính để cải thiện quá trình làm việc nhằm đạt hiệu quả cao và chống ô nhiễm môi trường, tối ưu hóa quá quá trình điều khiển dẫn đến kết cấu của động cơ và ô tô thay đổi rất phức tạp làm cho người sử dụng và cán bộ công nhân kĩ thuật ngành ô tô nước ta còn nhiều lúng túng và sai sót nên cần có những nghiên cứu cụ thể về hệ thống điện tử trên động cơ ô tô.
Vì vậy là một sinh viên của ngành công nghệ kĩ thuật ô tô sắp ra trường, em chọn đề tài: “Khai thác kỹ thuật hệ thống phun nhiên liệu điện tử commol rail trên xe Santafe 2.0E” làm đề tài tốt nghiệp của mình. Em mong với đề tài này em sẽ củng cố tốt hơn kiến thức của mình để khi ra trường có thể đóng góp vào ngành công nghiệp ô tô của nước ta, để góp phần vào sự phát triển chung của ngành.
Cuối cùng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn đã chỉ bảo em tận tình giúp em vượt qua những khó khăn vướng mắc trong khi hoàn thành đồ án của mình. Bên cạnh đó em cảm ơn các thầy trong khoa đã tạo mọi điều kiện để em hoàn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp.
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ
1.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel
1.1.1. Công dụng
Dự trữ nhiên liệu:Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định mà không cần cấp thêm nhiên liệu vào, lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu, giúp nhiên liệu luân chuyển dễ dàng trong hệ thống.
- Cung cấp nhiên liệu cho động cơ: Đảm bảo tốt các yêu cầu sau:
+ Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với chế độ làm việc của động cơ.
+ Phun nhiên liệu vào đúng xy lanh thời điểm, đúng quy luật.
+ Đối với động cơ nhiều xylanh thì lượng nhiên liêu phun vào các xylanh phải đồng đều trong một chu trình công tác.
- Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa số lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạng buồng cháy, cường độ và phương hướng chuyển động của mỗi chất trong buồng cháy để hoà khí được hình thành nhanh và đều.
1.1.2. Yêu cầu
Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel phải thoả mãn các yêu cầu sau:
+ Hoạt động ổn định, có độ tin cậy và tuổi thọ cao.
+ Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sữa chữa.
+ Dễ chế tạo, giá thành hạ.
1.1.3. Phân loại
Dựa vào các loại bơm cao áp của hệ thống nhiên liệu ta có thể phân loại sơ bộ hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thành 3 loại sau.
A, Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm dãy.
Bơm cao áp là 1 loại bơm gồm nhiều tổ bơm ghép thành 1 khối có vấu cam điều khiển nằm trong thân bơm và điều khiển chung bằng 1 thanh răng.
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm dãy.
1: Thùng chứa nhiên liệu. 2: Cốc lọc; 3: Bơm tay.4: Bơm cao áp.
5: Bầu lọc tinh. 6: Ống dầu cao áp. 7: Vòi phun. 8: Buồng cháy.
B, Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm phân phối.
Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm cao áp loại bơm phân phối.
1 - Thùng chứa nhiên liệu; 2 - Bơm tiếp vận; 3- Bầu lọc tinh; 4 - Van điều áp; 6- Vòi phun; 7 - Buồng cháy; 8 - Bơm cao áp phân phối; 9 - Van cao áp; 10- Piston; 11- Lỗ đưa nhiên liệu đến các vòi phun; 12- Vành điều lượng.
C, Hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail.
Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail
1- Thùng chứa; 2- Ống tản nhiệt; 3- Bộ lọ; 4- Van đóng mở (theo nhiệt độ);
5 -Bơm chuyển nhiên liệu; 6- Van điều áp suất thấp; 7- Van điều áp suất cao;
8- Đường ống dự trữ; 9 -Cảm biến áp suất nhiên liệu; 10-Bơm cao áp;
11- ECU; 12-Kim phum: 13- Bơm điện; 14- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 15- Cảm biến vị trí trục khuỷu; 16- Cảm biến áp suất; 17- Cảm biến vị trí trục cam: 18 - Cảm biến vị trí bàn đạp ga: 19- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu.
Nguyên lý:
Nhiên liệu có áp suất cao được bơm vào ống phân phối để từ đó cung cấp cho các kim phun. Nhiên liệu từ thùng chứa 1 được bơm qua bơm điện và đi vào bộ lọc 3 qua bơm chuyển 5 qua van điều áp 6 vào bơm cao áp 10 nhiên liệu áp suất cao được bơm vào ống dự trữ qua van điều chỉnh áp suất 7. Tại đường ống phân phối sẽ có các đường ống cao áp nối tới kim phun để phun nhiên liệu vào buồng đốt động cơ và quá trình phun nhiên liệu được điều khiển bởi ECU.
ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến (cảm biến tốc độ, cảm biến vị trí trục cam, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến áp suất…) sau khi xử lý các tín hiệu đầu vào này ECU sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển kim phun.
Hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel không ngừng được cải tiến với các giải pháp kỹ thuật tối ưu nhằm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiệm môi trường và suất tiêu hao nhiên liệu. Các nhà khoa học đã nghiên cứu và đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức tốt quá trình cháy nhằm giới hạn chất ô nhiệm. Các biện pháp được đưa ra nhằm giải quyết các vấn đề sau:
- Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiên liệu- không khí.
- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp.
- Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun để làm giảm HC.
- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả (ERG: Exhaust Gas Recirculation).
Hiện nay, các nhược điểm của HTNL diesel đã được khắc phục dần bằng cách cải tiến các bộ phận của hệ thống nhiên liệu như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, các ứng dụng điều khiển tự động nhờ sự phát triển của công nghệ. Trong động cơ diesel hiện đại, áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi phun một cách riêng lẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong ống tích trữ hay còn gọi là “ống phân phối” và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu. Đó là HTNL common rail diesel. Hệ thống Common Rail về cơ bản bao gồm các thành phần sau:
-Kim phun điều khiển bằng van điện từ (solenoid) được gắn vào nắp máy.
-Ống tích trữ nhiên liệu (ống phân phối áp lực cao).
- Bơm cao áp (bơm tạo áp suất cao)
Các thiết bị sau cũng cần cho sự hoạt động điều khiển của hệ thống:
-ECU
− Cảm biến tốc độ trục khuỷu.
− Cảm biến tốc độ trục cam.
- Cảm biến bàn đạp ga.
Kim phun được nối với ống tích nhiên liệu áp suất cao (rail) bằng một đường ống ngắn. Kết hợp với đầu phun và van điện từ được cung cấp điện qua ECU. Khi van solenoid không được cấp điện thì kim ngừng phun. Nhờ áp suất phun không đổi, lượng nhiên liệu phun ra sẽ tỷ lệ với độ dài của xung điều khiển solenoid. Yêu cầu mở nhanh solenoid được đáp ứng bằng việc sử dụng điện áp cao và dòng lớn. Thời điểm phun được điều khiển bằng hệ thống điều khiển góc phun sớm. Hệ thống này dùng một cảm biến trên trục khuỷu để nhận biết tốc độ động cơ, và một cảm biến trên trục cam để nhận biết kỳ hoạt động. Lợi ích của vòi phun common rail là làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu được phun ra với áp suất rất cao đồng thời kết hợp hệ thống điều khiển điện tử để kiểm soát lượng phun, thời điểm phun một cách chính xác. Do đó làm hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn
+ So với hệ thống cũ dẫn động bằng trục cam thì hệ thống nhiên liệu Common Rail khá linh hoạt trong việc đáp ứng thích nghi để điều khiển phun nhiên liệu cho động cơ diesel như:
- Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch, khách, tải nhẹ, tải nặng, xe lửa và tàu thủy).
- Áp suất phun đạt đến 1350 bar.
- Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động của động cơ.
- Có thể thay đổi thời điểm phun.
Phun nhiên liệu chia làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun chính và phun kết thúc. Các giai đoạn phun sơ khởi làm giảm thời gian cháy trễ và phun thứ cấp tạo cho quá trình cháy hoàn thiện. Với phương pháp này áp suất phun lên đến 1350 bar có thể thực hiện ở mọi thời điểm ngay cả lúc động cơ đang ở tốc độ thấp.
Qua đây ta thấy hệ thống nhiên liệu common rail có những ưu điểm sau:
+ Tiêu hao nhiên liệu thấp.
+ Phát thải ô nhiễm thấp.
+ Động cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn.
+ Cải thiện tính năng động cơ
+ Thiết kế phù hợp để thay thế cho các động cơ Diesel đang sử dụng. Tức việc bố trí các thành phần và lắp đặt chúng trên động cơ phù hợp với các động cơ đang tồn tại. Động cơ Diesel thế hệ “cũ”, trong quá trình làm việc hệ thống cung cấp nhiên liệu thì tạo ra tiếng ồn khá lớn. Khi khởi động và tăng tốc đột ngột lượng khói đen thải ra lớn. Vì vậy làm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm cao. Ở HTNL common rail áp suất phun lên đến 1350 bar, có thể phun ở mọi thời điểm, mọi chế độ làm việc và ngay cả động cơ lúc thấp tốc mà áp suất phun vẫn không thay đổi. Với áp suất cao, nhiên liệu được phun càng tơi nên quá trình cháy càng sạch hơn.
Ngoài những ưu điểm nổi trội như đã nêu trên thì hệ thống nhiên liệu common rail còn tồn tại một số nhược điểm sau:
+ Thiết kế và chế tạo phức tạp đòi hỏi có ngành công nghệ cao.
+ Khó xác định và lắp đặt các chi tiết common rail trên động cơ cũ.
Sự hình thành hỗn hợp không khí và nhiên liệu trong buồng cháy của động cơ Diezel.
Tính kinh tế của động cơ Diesel, tiếng ồn và ứng suất của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền phụ thuộc nhiều vào tốc độ biến thiên hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng. Diễn biến thời gian cấp nhiên liệu, tính chất của nhiên liệu có ý nghĩa quyết định tới tốc độ phản ứng hóa học, quá trình tạo hỗn hợp giữa nhiên liệu và không khí. Vì vậy để quá trình cháy diễn ra 1 cách hiệu quả nhất thì ta cần điều chỉnh thật tốt chùm tia nhiên liệu trong buồng cháy. Diễn biến thời gian tạo hỗn hợp được điều khiển bởi kết cấu buồng cháy bằng cách phân chia nhiên liệu thành hạt nhỏ mịn kết hợp với xoáy lốc của không khí để tạo được sự tối ưu trong quá trình cháy của nhiên liệu trong buồng cháy của động cơ.
Quá trình hình thành hỗn hợp của động cơ Diesel chỉ chiếm một thời gian nhỏ do đặc điểm kết cấu của động cơ và hình thành hỗn hợp nhiên liệu là hỗn hợp không đồng nhất. Vì vậy quá trình hình thành hỗn hợp là một quá trình rất phức tạp và diễn ra ở nhiều giai đoạn khác nhau.
Hơn nữa quá trình bay hơi của các hạt nhiên liệu rất phức tạp, điều kiện cho việc bay hơi của các hạt nhiên liệu ở mỗi vị trí của chùm tia là khác nhau do đó việc tính toán là rất phức tạp và chỉ mang tính gần đúng. Nhiên liệu phun vào buồng cháy có đường kính khác nhau mà sự sấy nóng và bay hơi của các hạt nhiên liệu lại phụ thuộc rất nhiều vào đường kính, nhiệt độ, áp suất của các hạt nhiên liệu phun vào. Ngoài ra còn phụ thuộc vào tính chất vật lý của nhiên liệu. Thời gian để bay hơi hoàn toàn các hạt nhiên liệu trong xy lanh động cơ phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ ở thời điểm phun. Khi tăng áp suất không khí nạp sẽ ảnh hưởng mạnh tới sự bay hơi bởi vì áp suất và nhiệt độ của không khí cuối quá trình nén sẽ tăng. Sự xoáy lốc mạnh của không khí nạp trong buông cháy cũng có tác dung nâng cao cường độ và tốc độ bay hơi của nhiên liệu.
Quá trình hình thành hoà khí tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau nhưng chủ yếu là phụ thuộc vào kết cấu của buồng cháy trong động cơ.
Đối với động cơ diesel có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong động cơ, trong các yếu tố đó có nhiều yếu tố thuộc khâu kết cấu, thiết kế buồng cháy, kết cấu đường ống nạp... và có nhiều yếu tố phụ thuộc vào chế độ hoạt động của động cơ như: Số vòng quay, thời điểm phun, lượng phun....
Khả năng làm việc tối ưu của động cơ Diesel phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố điều chỉnh cơ bản là: Lượng nhiên liệu phun vào động cơ và thời điểm phun. Cả hai thông số điều chỉnh cơ bản này đều được điều chỉnh bởi bộ điều khiển điện tử trên cơ sở xử lý các thông tin đầu vào như. Số vòng quay, chế độ tải trọng động cơ, nhiệt độ nước làm mát... Nói chung có nhiều bộ xử lý điều khiển nhiều hệ thống khác nhau lắp trên ôtô. Tuy nhiên bộ xử lý nào cũng hoạt động theo nguyên lý thu thập thông tin vào điều kiện làm việc của hệ thống và trên cơ sở đó điều khiển các cơ cấu chấp hành theo cách mà người thiết kế mong muốn.
1.2. Kết cấu chung của hệ thống
1.2.1. Cấu tạo chung
Hình 2.1: Cấu tạo động cơ Diesel điện tử với ống phân phối
Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu chung của động cơ
Common Rail
Hệ thống Common Rail gồm các khối chức năng:
- Khối cấp dầu thấp áp: Thùng dầu, bơm tiếp dầu, bộ lọc dầu, ống dẫn dầu và đường dầu hồi.
- Khối cấp dầu cao áp: Bơm áp cao, Ống phân phối dầu cao áp đến các vòi phun (ống rail, ống chia chung), các tyo cao áp, van an toàn và van xả áp, vòi phun.
- Khối cơ – điện tử: các cảm biến và tín hiệu, ECU và EDU (nếu có), vòi phun, các van điều khiển nạp (còn gọi là van điều khiển áp suất rail)
1.2.2. Nguyên lý hoạt động
Nhiên liệu được dẫn lên từ bơm tiếp dầu đặt trong bơm áp cao được nén tới áp suất cần thiết. Pittong trong bơm áp cao tạo ra áp suất phun cần thiết, áp suất này thay đổi theo tốc độ động cơ và điều kiện tải từ 20 Mpa ở chế độ không tải đến 135 Mpa ở chế độ tải cao và tốc độ vận hành cao (trong các hệ thống Diesel điện tử thông thường thì áp suất này từ 10 đến 80 Mpa.
ECU điều khiển SCV (van điều khiển nạp) để điều chỉnh áp suất nhiên liệu, điều chỉnh lượng nhiên liệu đi vào bơm áp cao.
ECU luôn theo dõi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối bằng cảm biến áp suất nhiên liệu và thực hiện điều khiển phản hồi.
1.2.3. Các chi tiết trong hệ thống
1.2.3.1. Bơm áp cao
Bơm áp cao loại 2 pittong
a. Cấu tạo
Hình 2.3: Cấu tạo bơm áp cao loại 2 pitton
1. Van hút; 2 Pittong; 3. Cam không đồng trục;
4. SCV; 5. Van phân phối; 6. Bơm cấp liệu.
b. Nguyên lý vận hành
Píttông B dẫn nhiên liệu vào trong khi pittông A bơm nhiên liệu ra. Do đó, píttông A và B lần lượt hút nhiên liệu từ bơm cấp liệu vào khoang cao áp và bơm nhiên liệu ra ống phân phối.
Việc quay của cam lệch tâm làm cho cam vòng quay với một trục lệch. Cam vòng quay và đẩy một trong hai pittông đi lên trong khi đẩy pittông kia đi xuống hoặc ngược lại đối với hướng đi xuống.
Piston B bị đẩy xuống để nén nhiên liệu và chuyển nó vào ống phân phối khi píttông A bị kéo xuống để hút nhiên liệu vào. Ngược lại, khi pittông A được đẩy lên để nén nhiên liệu và dẫn nó đến ống phân phối thì pittông B được kéo lên để hút nhiên liệu lên.
Bơm áp cao loại 3 pitton
a. Cấu tạo
Hình 2.4: Cấu tạo bơm áp cao loại 3 pitton
|
1. Trục lệch tâm |
6. Bơm cấp liệu |
|
2. Cam lệch tâm |
7. PCV- Van ĐK nạp |
|
3. Piston bơm |
8. Đường dầu hồi |
|
4. Van nạp |
9.Dầu hồi về từ ống rail |
|
5. Lò xo hồi vị |
10.Đường dầu đến ống rail |
b. Nguyên lý vận hành
Nguyên lý của bơm cao áp dùng có ba píttông như được mô tả và gửi nhiên liệu vào ống phân phối bằng cách lần lượt hút vào và bơm ra.
Bơm áp cao điều khiển lượng nhiên liệu dẫn vào pittông bằng PCV (van nam châm tỉ lệ), nó có các chức năng giống như của SCV (van điều khiển hút).
Hình 2.5: Nguyên lý tạo áp suất trong bơm áp cao 3 pittong
Bơm áp cao loại 4 piston:
Hình 2.6: Cấu tạo bơm áp cao loại 4 pittong
|
1. SCV |
4. Cam lệch tâm |
|
2. Van một chiều |
5. Van phân phối |
|
3. Pittong |
|
Nhiên liệu được nạp bởi bơm cấp liệu sẽ di chuyển qua SCV và van một chiều, và được nén bởi pítttông và được bơm qua van phân phối đến ống phân phối.
1.3.2.2. Ống phân phối
Ống phân phối chứa nhiên liệu sáp suất cao được tạo ra bởi bơm cao áp, và phân phối nhiên liệu đó qua các ống phun tới các vòi phun của xi lanh
Cảm biến áp suất nhiên liệu phát hiện áp suất trong ống phân phối và truyền tín hiệu tới ECU.
Trong trường hợp hệ thống bị trục trặc, trong đó áp suất trong ống phân phối lên cao tới mức không bình thường thì van này mở và xả áp suất. Nhiên liệu được hồi về bình nhiên liệu.
Hình 2.7: Cấu tạo ống phân phối
1.3.2.3. Bộ hạn chế áp suất
Bộ hạn chế áp suất không hoạt động Bộ hạn chế áp suất hoạt động
Hình 2.8: Hoạt động của bộ hạn chế áp suất
Bộ hạn chế áp suất được vận hành cơ khí thông thường để xả áp suất trong trường hợp áp suất trong ống phân phối lên cao tới mức không bình thường.
1.3.2.4. Van xả áp (Bộ điều chỉnh áp suất)
Hình 2.4.1: Hoạt động của bộ điều chỉnh áp suất.
Khi áp suất nhiên liệu của ống phân phối cao hơn áp suất phun mong muốn thì van xả áp suất nhận được một tín hiện từ ECU động cơ để mở van và hồi nhiên liệu ngược về bình nhiên liệu để cho áp suất nhiên liệu có thể trở lại áp suất phun mong muốn.
1.3.2.5. Van điều khiển hút. (SCV)
Có nhiều cách gọi van điều khiển hút tùy thuộc vào từng hãn:
Toyota: SCV ()
Bosch: PCV (Pressure control vale)
Delphi: IMV (Inlet Metering Vale)
Nhiên liệu được nạp bởi bơm cấp liệu sẽ di chuyển qua SCV và van một chiều, và được nén bởi pítttông và được bơm qua van phân phối đến ống phân phối.
SCV hoạt động dưới sự điều khiển theo chu kỳ làm việc của ECU.
Đồng thời, việc điều khiển dòng điện được thực hiện để hạn chế dòng điện truyền trong quá trình bật lên “ON”, vì vậy ngăn ngừa cho cuộn dây trong SCV không bị hư hỏng.
Để điều chỉnh việc tạo áp ra suất nhiên liệu, thì lượng nhiên liệu đi vào bơm cao áp được điều chỉnh bằng cách thay đổi thời gian mở /đóng của SCV
Hình 2.10: Hoạt động của SCV
1.3.2.6. Vòi phun
Các tín hiện từ ECU được khuếch đại bởi EDU để vận hành vòi phun. Điện áp cao được sử dụng đặc biệt khi van được mở để mở vòi phun.
Lượng phun và thời điểm phun được điều khiển bằng cách điều chỉnh thời điểm đóng và mở vòi phun tương tự như trong hệ thống EFI của động cơ xăng.
Cấu tạo:
Vòi phun của Common rail khác với vòi phun của hệ thống nhiên liệu Diesel thông thường ở chỗ gồm 2 phần:
+ Phần trên là một van điện tử được điều khiển từ ECU hoặc EDU
+ Phần dưới là phần vòi phun cơ khí nhưng cũng rất khác vơí vòi phun thông thường: Đó là lò xo rất cứng của vòi phun thông thường được thay bằng một chốt tỳ khá dài (dài nhất của vòi phun).
Để đóng chặt kim phun thì phải cấp áp suất rail vào khoang chốt tỳ. Khoang chốt tỳ có 2 van tiết lưu:
+ Tiết lưu số 1: Thông với reco tyo cao áp từ ống phân phối đến
+ Tiết lưu số 2: Thông với khoang của van điện ( để nếu van điện mở thì áp suất ở khoang chốt tỳ sẽ xả về đường dầu hồi ).
Hình 2.11: Cấu tạo vòi phun
1. Van ngoài; 2. Tiết lưu 2; 3. Tiết lưu 1; 4. Đường dẫn từ ống phân phối ; 5. Chốt tỳ; 6. Van trong; 7. Đường dầu hồi; 8. Khoang chốt tỳ; 9. Lò xo hồi vị ; 10. Kim phun.
Hoạt động:
Khi động cơ khởi động bơm áp cao sẽ nén dầu đến áp suất rail cấp vào ống phân phối và từ ống phân phối thông qua các tyo cao áp cấp điện đến các vòi phun chờ sẵn. Ở đường vào của vòi phun thì dầu cao áp chia thành 2 hướng:
+ Hướng 1: Cấp xuống khoang kim phun
+ Hướng 2: Thông qua van tiết lưu 1 được cấp vào khoang chốt tỳ
Trường hợp không phun: Nếu lúc này ECU chưa cấp xung điều khiển vào van điện của vòi phun thì lò xo van điện đẩy van ngoài xuống đóng kín đường dầu hồi ở khoang chốt tỳ. Do đó áp suất rail phía trên chốt tỳ sẽ tạo áp lực đè chặt kim phun không cho vòi phun dầu.
Trường hợp phun: Nếu ECU cấp xung điều khiển vào van điện tạo từ trường hút van ngoài và mở đường hồi dầu làm mất áp suất đè chốt tỳ. Khi đó áp suất rail ở khoang kim phun sẽ đẩy kim phun cùng chốt tỳ đi lên để phun dầu vào buồng cháy động cơ
Khi kết thúc xung điều khiển phun thì lò xo ở van điện đẩy van ngoài đóng đường dầu hồi. Lúc này dầu ở áp suất rail lại thông qua tiết lưu 1 để cấp vào khoang chốt tỳ tạo áp lực đè chặt kim phun kết thúc hành trình phun.
1.3.2.7. Điện trở vòi phun
Hình 2.12: Điện trở vòi phun
Với cùng một khoảng thời gian phun, sự không khớp cơ khí vẫn đang gây ra sự khác biệt về lượng phun của mỗi vòi phun.
Để đảm bảo cho ECU hiệu chỉnh những sự không khớp đó các vòi phun được bố trí một điện trở điều chỉnh đối với từng vòi phun
Trên cơ sở thông tin nhận được từ mỗi điện trở điều chỉnh ECU sẽ hiệu chỉnh sự không khớp về lượng phun giữa các vòi phun. Những điện trở điều chỉnh đó được cung cấp để tạo cho ECU khả năng nhận biết các vòi phun, và chúng không được nối vào mạch vòi phun.
CHƯƠNG II: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ COMMON RAIL TRÊN XE SANTAFE 2.0 E
1. Phân tích kết cấu hệ thống phun nhiên liệu điện tử trên xe santafe 2.0 e
1.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu common rail của động cơ trên xe Santafe 2.0 E
Sơ đồ hệ thống.
Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ
1 : Bơm chuyển nhiên liệu . 2 : Thùng chứa nhiên liệu. 3 : Bộ sấy nóng nhiên liệu. 4 : Lọc nhiên liệu. 5 : Van hạn chế áp suất. 6 ; Cảm biến vị trí pít tông. 7 ; Bơm cao áp . 8 : Van an toàn. 9 : Vòi phun. 10 : Cảm biến áp suất. 11 : Ắc quy thủy lực.12 : ECU . 13 : Bộ làm mát nhiên liệu. 14 : Cảm biết nhiệt độ nhiên liệu.
a : Đường nhiên liệu áp suất thấp. b : Đường nhiên liệu áp suất cao. c :Đường nhiên liệu hồi về thùng chứa. d : dây điện từ ECU tới các cơ cấu chấp hành. E : dây điện từ các cảm biến tới ECU.
Nguyên lý hoạt động:
Nhiên liệu được bơm cung cấp 1 đẩy đi từ thùng nhiên liệu trên đường ống thấp áp qua bộ sấy nóng nhiên liệu 3 và bầu lọc (4) đến Bơm cao áp (7), từ đây nhiên liệu được bơm cao áp nén đẩy vào ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (11) hay còn gọi là ống phân phối và được đưa đến vòi phun Common Rail (9) sẵn sàng để phun vào xy lanh động cơ.
Việc tạo áp suất và phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau trong hệ thống Common Rail. Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ và lượng nhiên liệu phun ra. Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong ống phân phối. Lượng phun ra được quyết định bởi sự điều khiển bàn đạp ga, thời điểm phun cũng như áp suất phun được tính toán bằng ECU dựa trên các biểu đồ dữ liệu đã lưu trên nó. Sau đó ECU sẽ điều khiển các kim phun của các vòi phun tại mỗi xy lanh động cơ để phun nhiên liệu nhờ thông tin từ các cảm biến với áp suất phun có thể đến 1350 bar. Nhiên liệu thừa của vòi phun và của bơm cao áp theo đường dầu hồi trở về thùng chứa nhiên liệu (2). Trên ống phân phối có gắn cảm biến áp suất 10 , cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 14 và đầu cuối có bố trí van an toàn (8), nếu áp suất tích trữ trong ống phân phối (5) lớn quá giới hạn van an toàn sẽ mở để nhiên liệu được tháo.
Ở hệ thống nhiên liệu này sẽ có 3 mạch áp suất của nhiên liệu khác nhau. Đầu tiên đó là mạch nhiên liệu áp suất thấp. Dòng nhiên liệu này sẽ đi từ thùng chứa nhiên liệu qua bầu lọc 4 và qua bộ sấy nóng nhiên liệu 3 để đưa lên bơm cao áp nhờ bơm chuyển nhiên liệu 1.
Hình 3.2: Mạch áp suất thấp.
Mạch áp suất nhiên liệu thứ 2 đó là mạch nhiên liệu áp suất cao. Dòng nhiên liệu sau khi đến bơm cao áp, nhờ bơm cao áp nén nên nhiên liệu sẽ đạt đến 1 áp suất rất cao sau đó nhiên liệu sẽ qua ống phân phối và được tích trữ trong ống phân phối và đưa đến vòi phun sẵn sàng phun vào xy lanh động cơ. Nhiên liệu có áp suất cao được tạo ra độc lập với lượng nhiên liệu phun ra. Nhiên liệu có áp suất cao được tạo ra do sự hoạt động của bơm cao áp còn việc phun nhiên liệu thì do ECU điều khiển.
Hình 3.3: Mạch nhiên liệu áp suất cao.
Mạch áp suất nhiên liệu thứ 3 đó là mạch dầu hồi. Nhiên liệu sau khi qua bộ lọc nếu nhiều quá thì sẽ về thùng chứa theo đường dầu hồi. Nhiên liệu sau khi đến bơm cao áp nếu lượng nhiên liệu nhiều quá thì 1 phần nhiên liệu sẽ trở về thùng chứa theo đường dầu hồi. Nhiên liệu áp suất cao tích trữ trong ống phân phối và trong vòi phun nếu quá nhiều thì 1 lượng nhiên liệu cũng theo đường dầu hồi về thùng chứa.
Hình 3. 4: Mạch nhiên liệu hồi.
Khác với hệ thống phun nhiên liệu diesel truyền thống trước đây đó là các vòi phun đều được cung cấp nhiên liệu bởi các bơm cáo áp độc lập, một bơm phân phối dẫn động bởi động cơ sẽ cung cấp nhiên liệu theo các đường độc lập đến vòi phun.
Ở động cơ thì hệ thống cung cấp nhiên liệu được sử dụng công nghệ CDI. Với hệ thống nhiên liệu này nhiên liệu được tích trữ trong ống phân phối chung hay ống (Common rail) tại đó áp suất duy trì ở một cấp độ cao bằng một bơm cao áp riêng. Từ ống phân phối này, nhiên liệu sẽ được phân phối tới các vòi phun cao áp. Với cải tiến mới này, so với các động cơ diesel thế hệ cũ hơn hệ thống Common rail khi đó đã tạo ra một áp suất phun tới 1350 bar ngay cả khi số vòng tua máy thấp. Việc tạo ra nhiên liệu có áp suất cao và duy trì áp suất đó ngay cả khi tốc độ động cơ thay đổi đồng thời cung cấp một lượng nhiên liệu rất đều vào tất cả các vòi phun là một quá trình phức tạp. Đó là quá trình kết hợp làm việc nhịp nhàng của các bộ phận sau, bơm cao áp, van điều chỉnh áp suất, ống phân phối, cảm biến áp suất nhiên liệu, van hạn chế áp suất, ECU.
Hình 3.5: Các cơ cấu điều khiển phun nhiên liệu.
1: Bơm cao á. 2: Ống phân phố. 3: Cảm biến áp nhiên liệu.
4: ECU. 5: Van điều chỉnh áp suất
