MỤC LỤC
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU. 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL…..2
1.1. Lịch sử phát triển. 2
1.2. Phạm vi sử dụng. 3
1.3. Các chức năng đặc trưng. 3
1.3.1. Các chức năng cơ bản. 4
1.3.2. Các chức năng phụ. 5
1.4. Chức năng chống ô nhiễm.. 5
1.5. Đặc tính phun. 7
1.5.1. Đặc tính phun của hệ thống phun dầu kiểu cũ. 7
1.5.2. Đặc tính phun của hệ thống common rail 8
1.6. Giới thiệu một số hệ thống common rail trên các dòng xe hiện nay. 10
1.6.1. Hệ thống I – teq super common rail trên xe isuzu D - max 2008. 10
1.6.2. Hệ thống common rail trên xe HIACE COMMUTER. 11
1.6.3. Hệ thống common rail sử dụng công nghệ TDCI trên xe FORD (turbocharge common rail injection) 12
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CDI 14
2.1. Giới thiệu về Hệ thống Common rail CDI trên động cơ Diesel trang bị cho xe Huyndai SantaFe. 14
2.2. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu điện tử common rail – CDI trên động cơ diesel xe Hyundai SantaFe. 16
2.3. Chi tiết các bộ phận của hệ thống cung cấp nhiên liệu điện tử Commonrail CDI trên động cơ diesel xe Huyndai santaFe. 17
2.3.1. Thùng nhiên liệu. 18
2.3.2. Bơm cung cấp nhiên liệu. 18
2.3.3. Lọc nhiên liệu. 19
2.3.4. Đường nhiên liệu áp suất thấp. 20
2.3.5. Bơm cao áp. 20
2.3.6. Van điều khiển áp suất (Pressure control valve). 24
2.3.7. Ống phân phối 25
2.3.8. Cảm biến áp suất nhiên liệu trên đường ống. 26
2.3.9. Van giới hạn áp suất nhiên liệu. 27
2.3.10. Van hạn chế dòng chảy (Flow limiter) 28
2.3.11. Kim phun. 29
2.3.12. Cảm biến vị trí trục khuỷu. 32
2.3.13. Cảm biến vị trị trục cam.. 34
2.3.14. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 34
2.3.15. Cảm biến đo khối lượng khí nạp. 35
2.3.16. Cảm biến nhiệt độ khí nạp. 36
2.3.17. Cảm biến vị trí bướm ga. 37
2.3.18. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu. 38
2.3.19. Cảm biến áp suất tăng áp. 39
2.3.20. Cảm biến tốc độ xe. 39
2.3.21. ECM.. 40
2.3.22. ACV (van điều khiển khí nạp) 42
2.3.23. SCV (SWIRL CONTROL VALVE). 43
2.3.24. Hệ thống luân hồi khí thải EGR.. 43
2.3.25. Bộ lọc hạt rắn. 45
2.3.26. Hệ thống xông máy. 46
CHƯƠNG 3: SỰ ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CDI 48
3.1. Điều chỉnh lượng phun. 48
3.1.1. Tính toán lượng phun cơ bản. 49
3.1.2. Tính toán lượng phun theo các tín hiệu từ các cảm biến gửi về. 50
3.2. Các điều khiển khác. 58
3.2.1. Điều khiển hệ thống EGR.. 58
3.2.2. ACV (Van điều khiển khí nạp) 60
3.2.3. SCV (SWIRL CONTROL VALVE) 60
3.2.4. Cánh bướm gió. 62
3.2.5. TURBO tăng áp. 62
CHƯƠNG 4: KHAI THÁC, BẢO DƯỠNG - SỬA CHỮA HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL CDI 64
4.1. Khai thác hệ thống cung cấp nhiên liệu điện tử Common rail 64
4.2. Bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu. 69
4.2.1. Bảo dưỡng kỹ thuật cấp một 69
4.2.2. Bảo dưỡng kỹ thuật cấp hai 69
4.2.3. Các chú ý khi tháo lắp và kiểm tra của hệ thống cung cấp nhiên liệu điện tử Common rail - CDI 69
4.2.4. Bảo dưỡng kỹ thuật theo mùa. 69
4.2.5. Các hư hỏng đối với hệ thống điện tử. 73
4.2.6. Kiểm tra và phát hiện lỗi bằng máy chuẩn đoán chuyên dùng………..73
4.2.7. Quy trình tháo lắp kiểm tra hệ thống nhiên liệu………………………76
4.2.8. Quy trình tháo vòi phun ra khỏi động cơ……………………………...81
4.2.9. Kiểm tra bơm thấp áp………................................................................81
4.2.10. Kiểm tra kim phun khi động cơ hoạt động …………………………82
4.2.11. Kiểm tra bơm cao áp ………………………………………………..85
4.2.12. Kiểm tra van điều chỉnh áp suất……………………………………...87
KẾT LUẬN………………………………………………………………...….....74
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………..…...76
LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước ta đang bước vào thời kỳ quá độ đi lên chủ nghĩa xã hội, đẩy mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, phấn đấu tới năm 2020 đất nước ta cơ bản trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại. Trong bối cảnh đó, Công nghệp ô tô là một ngành khoa học kỹ thuật được ưu tiên phát triển. Sự tiến bộ về thiết kế, vật liệu và kỹ thuật sản xuất đã góp phần tạo ra những chiếc xe ô tô hiện đại với đầy đủ tiện nghi, tính an toàn cao đáp ứng được các yêu cầu về tiêu chuẩn môi trường.
Có thể thấy rõ rệt trên thị trường Việt Nam hiện nay, khoảng 40% số lượng xe ô tô sử dụng động cơ diesel đang tham gia giao thông. Nguyên nhân nào đã dẫn đến việc ngày càng có nhiều người tiêu dùng chọn những dòng xe sử dụng động cơ diesel nếu tất cả những gì chúng ta còn nhớ về xe chạy nhiên liệu diesel trước đây là tiếng ồn, tăng tốc chậm, mùi khói không mấy dễ chịu và mức độ gây ô nhiễm môi trường của chúng? Câu trả lời chính là do các nỗ lực không ngừng của các nhà sản xuất trong việc cải tiến các hệ thống trên các động cơ sử dụng nhiên liệu này với khả năng gây ô nhiễm đã giảm thiểu, giúp động cơ diesel được sử dụng rộng rãi hơn để góp phần tiết kiệm tài nguyên và bảo vệ môi trường.
Bước tiến gần đây nhất chính là sự xuất hiện của hệ thống Common rail, một công nghệ tiên tiến đang được ứng dụng rộng rãi trên các dòng xe như Mercedes-Benz, Toyota, Ford, Isuzu… đem lại một cái nhìn mới về các động cơ sử dụng nhiên liệu diesel.
Với đề tài tài “Nghiên cứu khai thác hệ thống cung cấp nhiên liệu điều khiển điện tử Common rail CDI ”, tôi xin trình bày những nghiên cứu về hệ thống common rail sử dụng trên động cơ diesel của dòng xe Hyundai SantaFe đang có mặt tại thị trường Việt Nam hiện nay với mong muốn giúp người đọc hiểu rõ hơn về những ưu điểm mà công nghệ tiên tiến này mang lại.
Bên cạnh đó tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo: Đại úy, Thạc sỹ…………., người đã trực tiếp hướng dẫn em tận tình chu đáo trong quá trình hoàn thiện đồ án này. Ngoài ra tôi xin cảm ơn tất cả các thầy giáo trong khoa Ô tô đã tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành tốt nội dung đồ án này./.
TP, Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…
Học viên thực hiện
…………….
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL
1.1.Lịch sử phát triển
Nguyên mẫu Hệ thống Common rail được phát triển vào cuối những năm 1960 bởi Robert Huber, người Thụy Sĩ. Sau đó Tiến sĩ Marco Ganser (Tại Swiss Federal Institute of Technology) đã tiếp tục đưa công nghệ này đi xa hơn nữa.
Hệ thống Common rail mở rộng vào những năm 90 với sự cộng tác chung của Magneti Marelli, Centro Ricerche Fiat và Elasis.
1.2.Phạm vi sử dụng
Hệ thống Common rail là một hệ thống nhiên liệu được điều khiển bằng điện tử. Hệ thống có thể được sử dụng ở tất cả các loại động cơ diesel trên xe ôtô, động cơ diesel tĩnh tại, đầu máy xe lửa và trên các tàu thủy. Áp suất phun có thể lên đến 1350 bar, công suất phát ra tương ứng trên mỗi xy lanh lên đến 160 KW.
- Áp suất phun cao, có thể lên đến hơn 2100 bar
- Thời điểm phun có thể thay đổi được
- Điều chỉnh được áp suất phun phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ
1.3.Các chức năng đặc trưng
Sự điều chỉnh áp suất và sự phun nhiên liệu được thực hiện riêng biệt trên hệ thống nhiên liệu Common rail hay nói cách khác, áp suất phun được điều khiển độc lập với lượng nhiên liệu được phun.
Một hệ thống Common rail bao gồm:
- ECM
- Kim phun (Injector)
- Cảm biến tốc độ trục khuỷu (Crankshaft speed sensor)
- Cảm biến tốc độ trục cam (Camshaft speed sensor)
- Cảm biến bàn đạp ga (Accelerator pedal sensor)
1.3.1.Các chức năng cơ bản.
Các chức năng cơ bản của hệ thống là điều khiển việc phun nhiên liệu đúng thời điểm, với lượng nhiên liệu và áp suất phun chính xác. Điều này sẽ đảm bảo động cơ diesel không những hoạt động êm dịu mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao.
1.3.2.Các chức năng phụ.
Đó là chức năng điều khiển hở và điều khiển kín giúp cải thiện sự ô nhiễm từ khí thải động cơ và giảm tiêu hao nhiên liệu, hay được dùng để tăng tính năng an toàn, thoải mái và tiện nghi của ôtô như: chức năng điều khiển hệ thống luân hồi khí thải, điều khiển tăng áp, điều khiển tốc độ xe…
1.4. Chức năng chống ô nhiễm
* Thành phần hỗn hợp và tác động đến quá trình cháy:
So với động cơ xăng, động cơ diesle đốt nhiên liệu khó bay hơi hơn (nhiệt độ sôi cao), nên việc tạo hỗn hợp hòa khí không chỉ diễn ra trong giai đoạn phun và bắt đầu cháy, mà còn trong suốt quá trình cháy.
Tỷ lệ hòa khí được quyết định bởi các thông số:
- Áp suất phun
- Thời gian phun
- Kết cấu lỗ tia
* Hệ thống lưu hồi khí xả (ERG):
Khi không có ERG, khí NOx sinh ra vượt quá quy định về khí thải, ngược lại muội than sinh ra sẽ nằm trong giới hạn. ERG là một phương pháp để giảm lượng NOx sinh ra mà không làm tăng lượng khói đen, điều này có thể thực hiện rất hiệu quả với hệ thống Common Rail với tỷ lệ hòa khí mong muốn đạt được nhờ áp suất phun cao.
1.5.Đặc tính phun
1.5.1.Đặc tính phun của hệ thống phun dầu kiểu cũ
Với hệ thống phun kiểu cũ dùng bơm phân phối hay bơm thẳng hàng (distributor or in-line injection pumps), việc phun nhiên liệu chỉ có một giai đoạn gọi là giai đoạn phun chính (main injection phase), không có khởi phun và phun kết thúc.
Điều này tạo ra các tác động xấu đến đường đặc tính phun như sau:
- Áp suất phun tăng đồng thời với tốc độ và lượng nhiên liệu được phun.
- Suốt quá trình phun, áp suất phun tăng lên và lại giảm xuống theo áp lực đóng của ty kim ở cuối quá trình phun.
1.5.2.Đặc tính phun của hệ thống common rail
So với đặc điểm của hệ thống nhiên liệu cũ thì các yêu cầu sau đã được thực hiện dựa vào đường đặc tính phun lý tưởng:
- Lượng nhiên liệu và áp suất nhiên liệu phun độc lập với nhau trong từng điều kiện hoạt động của động cơ (cho phép dễ đạt được tỉ lệ hỗn hợp A/F lý tưởng).
- Lúc bắt đầu phun, lượng nhiên liệu phun ra chỉ cần một lượng nhỏ. Các yêu cầu trên đã được thoả mãn bởi hệ thống common rail, với đặc điểm phun 2 lần: phun sơ khởi và phun chính.
1.5.2.1. Phun sơ khởi ( pilot INJECTION)
Phun sơ khởi có thể diễn ra sớm đến 90o trước Điểm chết trên (BTDC). Nếu thời điểm khởi phun xuất hiện nhỏ hơn 40o BTDC, nhiên liệu có thể bám vào bề mặt của pít tông và thành xy lanh và làm loãng dầu bôi trơn.
- Áp suất cuối quá trình nén tăng một ít nhờ vào giai đoạn phun sơ khởi và nhiên liệu cháy một phần. Điều này giúp giảm thời gian trễ cháy, sự tăng đột ngột của áp suất khí cháy và áp suất cực đại (quá trình cháy êm dịu hơn).
- Kết quả là giảm tiếng ồn của động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và trong nhiều trường hợp giảm được độ độc hại của khí thải.
1.5.2.3. Giai đoạn phun thứ cấp ( secondary INJECTION)
Theo quan điểm xử lý khí thải, phun thứ cấp có thể được áp dụng để đốt cháy NOx. Nó diễn ra ngay sau giai đoạn phun chính và được định để xảy ra trong quá trình giãn nở hay ở kỳ thải khoảng 200o sau Điểm chết trên (BTDC). Ngược lại với quá trình phun sơ khởi và phun chính, nhiên liệu được phun vào không được đốt cháy mà để bốc hơi nhờ vào sức nóng của khí thải ở ống xả.
1.6.Giới thiệu một số hệ thống common rail trên các dòng xe hiện nay
1.6.1. Hệ thống I - teq super common rail trên xe isuzu D - max 2008.
D-Max 2008 là loại động cơ dầu 4 xy lanh, dung tích 3.0L ứng dụng công nghệ i-TEQ super Common rail tiên tiến của ISUZU. Khi vận hành, động cơ được điều khiển bởi bộ vi xử lý để tối ưu hóa về lượng, thời điểm và áp suất phun nhiên liệu.
1.6.2. Hệ thống common rail trên xe HIACE COMMUTER
Động cơ diesel của Hiace mới được trang bị công nghệ hàng đầu của Toyota. Dung tích xy lanh 2.51, 4 xy lanh thẳng hàng. Hệ thống cam kép tác dụng trực tiếp DOHC 16 xu páp luôn vận hành mạnh mẽ, tăng tốc nhanh, đảm bảo khả năng leo dốc dù đang trở đầy hàng hoá và hành khách.
1.6.3. Hệ thống common rail sử dụng công nghệ TDCI trên xe FORD (turbocharge common rail injection)
Công nghệ TDCi của Ford khắc phục những nhược điểm cơ bản của động cơ diesel. Với Ford, tương lai của công nghệ động cơ diesel thuộc về 4 từ: TDCi.
Một bơm nhiên liệu cao áp sẽ cung cấp nhiên liệu cho đường ống chung này, nó còn gồm cả đường cao áp dầu hồi về với bộ giới hạn áp suất. Và ưu điểm của công nghệ TDCi là:
- Nâng cao khả năng vận hành
- Kinh tế
- Phát thải độc hại thấp
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CDI
2.1.Giới thiệu về Hệ thống Common rail CDI trên động cơ Diesel trang bị cho xe Huyndai SantaFe
Bảng thông số động cơ Diesel lắp trên xe Hyundai SantaFe như bảng 2.1.
2.2.Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu điện tử common rail – CDI trên động cơ diesel xe Hyundai SantaFe.
Hệ thống Common rail có thể được phân ra làm 3 phần:
a. Mạch áp suất thấp gồm:
+ Thùng chứa nhiên liệu
+ Bơm cung cấp
b. Mạch áp suất cao gồm:
+ Bơm cao áp với van điều khiển áp suất
+ Các đường ống áp suất cao
+ Ống phân phối với cảm biến áp suất trên đường ống
2.3.Chi tiết các bộ phận của hệ thống cung cấp nhiên liệu điện tử Commonrail CDI trên động cơ diesel xe Huyndai santaFe
2.3.1.Thùng nhiên liệu
Dùng để chứa và dự trữ nhiên liệu đủ để cho động cơ hoạt động trong thời gian nhất định. Thùng nhiên liệu được làm từ vật liệu chống ăn mòn, không bị rò rỉ ở áp suất gấp đôi ở áp suất hoạt động bình thường và khi xe bị rung xóc nhỏ, cũng như khi xe vào cua hoặc dừng hay chạy trên đường dốc.
2.3.2.Bơm cung cấp nhiên liệu
Bơm cung cấp được đặt trong thùng nhiên liệu hoặc đặt giữa thùng nhiên liệu và lọc nhiên liệu, dẫn động bằng motor điện. Bơm cung cấp hút nhiên liệu từ thùng chứa, đưa qua lọc thô rồi chuyển đến bơm cao áp một cách liên tục, không phụ thuộc tốc độ động cơ. Phần nhiên liệu thừa sẽ được hồi về thùng chứa.
2.3.3.Lọc nhiên liệu
2.3.3.1.Lọc thô
Gồm một vỏ lọc bằng kim loại, phía trên có nắp đậy. Lõi lọc làm bằng xốp. Phía bên ngoài lõi lọc còn có bộ phận để cào những chất bẩn đóng ở phần trong vỏ lọc, phía dưới đáy vỏ có nút xả cặn bẩn và nước.
2.3.3.2. Lọc tinh
Cấu tạo tương tự như lọc sơ cấp nhưng có kích thước lớn hơn. Lõi lọc làm bằng chỉ bố quấn nhiều lớp bằng nỉ xếp chồng lên nhau. Trên nắp có đai ốc xả gió.
2.3.5.Bơm cao áp.
Bơm cao áp tạo áp lực cho nhiên liệu đến một áp suất lên đến 1600 bar. Nhiên liệu được tăng áp này sau đó di chuyển đến đường ống áp suất cao và được đưa vào bộ tích nhiên liệu áp suất cao có hình ống.
Bên trong bơm cao áp, nhiên liệu đựơc nén bằng 3 pít tông bơm được bố trí hướng kính và các pít tông cách nhau 120o. Do 3 pít tông bơm hoạt động luân phiên trong 1 vòng quay nên chỉ làm tăng nhẹ lực cản của bơm. Do đó, ứng suất trên hệ thống dẫn động vẫn giữ đồng bộ.
Pít tông bơm tiếp tục phân phối nhiên liệu cho đến khi nó đến điểm chết trên, sau đó, do áp suất bị giảm xuống nên van thoát đóng lại. Nhiên liệu còn lại nằm trong buồng bơm và chờ đến khi pít tông đi xuống lần nữa.
Khi áp suất trong buồng bơm của thành phần bơm giảm xuống thì van nạp mở ra và quá trình lặp lại lần nữa.
2.3.6.Van điều khiển áp suất (Pressure control valve)
Van điều khiển áp suất giữ cho nhiên liệu trong ống phân phối có áp suất thích hợp tùy theo tải của động cơ, và duy trì ở mức này. Nếu áp suất trong ống quá cao thì van điều khiển áp suất sẽ mở ra và một phần nhiên liệu sẽ trở về bình chứa thông qua đường ống dầu về.
Van điều khiển áp suất được điều khiển theo 2 vòng:
- Vòng điều khiển đáp ứng chậm bằng điện dùng để điều chỉnh áp suất trung bình trong ống.
- Vòng điều khiển đáp ứng nhanh bằng cơ dùng để bù cho sự dao động lớn của áp suất.
2.3.7.Ống phân phối
Nhiên liệu có áp suất cao từ bơm cao áp được dẫn tới ống phân phối thông qua đường ống cao áp. Ống phân phối sẽ giữ nhiên liệu có áp suất cao đó một cách ổn định để phân phối đến các kim phun bằng các đường ống riêng biệt.
Ưu điểm lớn khi sử dụng ống phân phối là nó có đảm bảo áp suất của nhiên liệu khi phân phối đến các kim phun là bằng nhau.
2.3.9.Van giới hạn áp suất nhiên liệu
Nhằm mục đích đảm bảo tính an toàn cho hệ thống Common rail lúc van điều khiển áp suất nhiên liệu hoạt động không tốt hoặc hư hỏng. Nếu có sự trục trặc trong việc điều khiển áp suất nhiên liệu thì áp suất nhiên liệu có thể tăng cao quá giới hạn cho phép. Do đó trên ống phân phối còn được trang bị van giới hạn áp suất
2.3.11.Kim phun
Thời điểm phun và lượng nhiên liệu phun vào xy lanh được điều khiển bởi các kim phun điều khiển điện.
2.3.11.1.Hoạt động của kim phun
Nhận tín hiệu từ ECM gửi tới, kim phun nhấc lên để phun nhiên liệu vào buồng đốt động cơ. Nhiên liệu được phun vào buồng đốt của động cơ dưới dạng hơi sương, gặp môi trường trong buồng đốt có nhiệt độ và áp suất cao nên hạn chế được một số tia nhiên liệu trực tiếp va chạm vào thành xy lanh và đỉnh pít tông.
Quá trình phun được chia thành 3 giai đoạn:
- Chưa phun
Khi không có dòng điện cung cấp từ ECM đến solenoid, van 2 chiều đóng lỗ thoát bởi lực lò xo. Lúc này áp suất của đầu cuối đót kim cân bằng với áp suất trong buồng điều khiển, áp suất trên bề mặt đỉnh pít tông chính cộng với lực lò xo kim phun sẽ cân bằng với áp suất ở đầu đót kim làm cho đót kim bị đẩy xuống đóng kín lỗ tia.
- Phun nhiên liêu
Van solenoid được cung cấp dòng điện kích lớn để đảm bảo nó mở nhanh. Lực tác dụng bởi van solenoid lớn hơn lực lò xo lỗ xả và làm mở lỗ xả ra. Gần như tức thời, dòng điện cao được giảm xuống thành dòng nhỏ hơn chỉ đủ để tạo ra lực điện từ để giữ ty.
2.3.11.2.Đầu kim phun
Ty kim mở khi van solenoid được kích hoạt để nhiên liệu chảy qua. Chúng phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng cháy. Lượng nhiên liệu dư cần để mở ty kim sẽ được đưa trở lại bình chứa thông qua đường ống dầu về. Nhiên liệu hồi về từ van điều áp và từ vùng áp suất thấp cũng được dẫn theo đường dầu về cùng với nhiên liệu được dùng như để bôi trơn cho bơm cao áp. Thiết kế đầu kim phun được quyết định bởi:
- Việc kiểm soát nhiên liệu phun ra;
- Việc điều khiển nhiên liệu.
2.3.13.Cảm biến vị trị trục cam
Cảm biến vị trí trục cam để xác định pít tông số 1 đang ở điểm chết trên khi bắt đầu kỳ nạp, tín hiệu từ cảm biến trục cam này sẽ giúp ECM kích hoạt kim phun ở xy lanh số 1. Sau đó ECM sẽ dựa vào cảm biến trục khuỷu để kích hoạt cho các kim phun ở các xy lanh còn lại bằng cách xử lý sự cố ở các vị trí 1800 quay của trục khuỷu.
2.3.15.Cảm biến đo khối lượng khí nạp
Cảm biến lưu lượng khí nạp được đặt trên đường ống nạp để đo lưu lượng khí nạp qua đường ống nạp.
Khối lượng không khí nạp vào trong động cơ phải được đo chính xác. ECM cần thông tin này để tính toán lượng nhiên liệu tương đương cần phun ra. Cảm biến dây nhiệt đo trực tiếp khối lượng không khí nạp.
2.3.17.Cảm biến vị trí bướm ga
Chế độ tải của động cơ được thể hiện qua vị trí của bàn đạp ga. Cảm biến vị trí bàn đạp ga ghi nhận bàn đạp ga đang ở vị trí nào, ngay sau đó gửi thông tin về cho ECM. Từ những giá trị tín hiệu nhận được từ cảm biến gửi về, kết hợp với các tín hiệu khác, ECM sẽ tính toán để điều khiển phun nhiên liệu một cách hợp lý.
2.3.19.Cảm biến áp suất tăng áp
Cảm biến áp suất tăng áp được lắp trên đường ống nạp để xác định áp suất tuyệt đối của đường ống nạp trong khoảng 0,5 – 3 bar
2.3.21.ECM
ECM là trung tâm điều khiển của hệ thống Common rail. ECM nhận tín hiệu từ các cảm biến và các bộ phận khác, tổng hợp các giá trị của các tín hiệu nhận được đó để tính toán sau đó gửi tín hiệu đến điều khiển các bộ phận chấp hành.
Cùng lúc nhận tín hiệu từ nhiều đơn vị gửi về ECM sẽ tính toán đề tổng hợp đưa ra các tín hiệu gửi đến điều khiển áp suất nhiên liệu, điểu khiển lưu lượng phun, thời gian phun và nhiều bộ phận khác phù hợp với điều kiện vận hành của động cơ tại thời điểm đó.
2.3.23.SCV (SWIRL CONTROL VALVE).
Khi số vòng quay thấp quá trình nạp khí sẽ trở nên khó khăn. Để khắc phục vấn đề này, SCV được thiết kế và lắp đặt trên động cơ.
Tốc độ trung bình-thấp: Van đóng => tăng độ xoáy lốc => tăng cường lượng khí thải luân hồi.
2.3.24.Hệ thống luân hồi khí thải EGR
Hyundai Santa Fe sử dụng van EGR điều khiển điện để thay cho loại van solenoid chân không trước đây, điều khiển chính xác lượng khí thải luân hồi.
Loại: cuộn dây solenoid
Đường kính: Φ 22mm
Tín hiệu điều khiển: 140Hz
CHƯƠNG 3
SỰ ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMONRAIL CDI
Hệ thống điều khiển Common rail có thể chia riêng biệt ra làm 3 phần chính:
- Các bộ phận gởi tín hiệu gồm có các cảm biến và các bộ gởi tín hiệu xác nhận tình trạng hoạt động của động cơ. Các cảm biến bao gồm: Cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến áp suất tăng áp, cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, cảm biến áp suất nhiên liệu,…
- Các bộ phận điều khiển: ECM để phát tín hiệu điện để xử lý thông tin
- Các cơ cấu chấp hành: Kim phun, van ACV, van SCV, van EGR,…chuyển tín hiệu điện của ECM thành các hoạt động cơ học.
Sự điều khiển trong hệ thống Common-rail bao gồm các điều khiển:
- Điều khiển phun nhiên liệu
- Điều khiển áp suất nhiên liệu
- Điều khiển các bộ phận khác: Van EGR, van áp thấp...
3.1.Điều chỉnh lượng phun
Lưu lượng phun nhiên liệu được ECM tính toán dựa vào các tín hiệu: Tốc độ động cơ, tín hiệu tăng tốc, lưu lượng không khí nạp, tín hiệu nhiệt độ khí nạp, tín hiệu nhiệt độ nước làm mát, tín hiệu nhiệt độ nhiên liệu, tín hiệu áp suất nhiên liệu, vị trí bàn đạp ga,tín hiệu khởi động.
Lưu lượng phun nhiên liệu được quyết định bởi thời gian mở của kim phun. Lưu lượng phun cuối cùng được ECM tính toán dựa vào lượng phun cơ bản và lượng phun hiệu chỉnh.
3.1.1.Tính toán lượng phun cơ bản
ECM tính toán lượng nhiên liệu cơ bản dựa vào tốc độ động cơ và tín hiệu vị trí bàn đạp ga. Giá trị tín hiệu bàn đạp ga gửi về ECM để tính toán lượng phun còn phụ thuộc vào công tắc điều hòa nhiệt độ, nhiệt độ nước làm mát
3.1.2.Tính toán lượng phun theo các tín hiệu từ các cảm biến gửi về
3.1.2.1. Điều chỉnh lượng phun theo áp suất tăng áp
ECM nhận thông tin áp suất khí nạp từ tín hiệu cảm biến áp suất tăng áp, ECM tính toán hiệu chỉnh lượng phun để hỗn hợp không khí và nhiên liệu được phù hợp với chế độ đang làm việc của động cơ.
3.1.2.2. Điều chỉnh lượng phun theo nhiệt độ khí nạp
ECM nhận thông tin nhiệt độ của không khí nạp từ cảm biến nhiệt độ khí nạp gửi về để tính toán lượng phun theo từng điều kiện nhiệt độ của không khí nạp.
3.1.2.3. Điều chỉnh lượng phun theo nhiệt độ nước làm mát
ECM nhận thông tin nhiệt độ động cơ từ tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát gửi về.
3.1.2.5. Tính toán lượng phun cực đại
ECM tính toán lưu lượng phun cực đại dựa vào các tín hiệu từ nhiều cảm biến gửi về (trên sơ đồ). ECM so sánh lưu lượng phun cơ bản và lưu lượng phun lớn nhất do việc tính toán mang lại và sẽ lấy giá trị nhỏ hơn để điều khiển phun ở từng tốc độ động cơ.
3.1.2.6. Điều chỉnh lượng phun trong lúc động cơ khởi động
Khi khởi động ECM tính toán lượng phun bằng cách tổng hợp lượng phun cơ bản và lượng phun hiệu chỉnh. Lượng phun hiệu chỉnh được tính toán dựa vào tín hiệu từ máy khởi động và tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
Động cơ dễ khởi động hay khó khởi động phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ lúc nó khởi động. Lượng phun sẽ thay đổi theo từng điều kiện nhiệt độ mà động cơ khởi động.
3.1.2.7. Điều khiển động cơ ở tốc độ cầm chừng
Khi động cơ đang hoạt động ở chế độ cầm chừng nếu tăng tải cho động cơ (Bật máy lạnh, bật đèn đầu…) thì tốc độ động cơ sẽ giảm xuống có thể gây tắt máy.
Để khắc phục nguy cơ đó ECM sẽ tính toán và điều khiển tăng lưu lượng phun nhiên liệu phù hợp với chế độ tải.
3.1.2.9. Quá trình phun nhiên liệu
Trong hệ thống Common-rail quá trình phun nhiên liệu được chia ra làm hai giai đoạn: Giai đoạn phun sơ khởi, giai đoạn phun chính thức.
- Giai đoạn phun sơ khởi (Pilot Injection)
Trong giai đoạn phun sơ khởi một lượng nhỏ nhiên liệu được phun vào xi lanh và lượng nhiên liệu này cháy trước và còn gọi là cháy mồi.
Phun nhiên liệu sơ cấp có hai ưu điểm chính. Thứ nhất, nó giúp động cơ có khả năng khởi động ở nhiệt độ lạnh, thấp hơn 400C so với động cơ thông thường. Bên cạnh đó, phương pháp này còn giảm nồng độ khí NOx do giảm nhiệt độ cháy.
- Giai đoạn phun chính (Main Injection)
Trong giai đoạn phun chính lượng nhiên liệu còn lại phun tiếp vào xi lanh ngay sau giai đoạn phun sơ khởi. Vì trước đó đã có giai đoạn cháy mồi nên trong giai đoạn này nhiên liệu dễ dàng bốc cháy hơn.
3.2.Các điều khiển khác
3.2.1.Điều khiển hệ thống EGR
Hệ thống EGR nhằm mục đích giảm khí thải và tận dụng triệt để năng lượng dầu diesel khi vận hành máy. Nó có tên gọi là EGR = Exhaust Gas Recirculation (Tuần hoàn khí thải )
Nguyên lý làm việc: khí thải của động cơ sau khi đốt, sẽ được trích một phần đưa ngược trở lại, qua bộ làm mát để hạ nhiệt độ xuống rồi hoà vào dòng khí nạp để đốt lại lần nữa. Tỉ lệ khí thải lấy lại cho vòng tuần hoàn phụ thuộc vào độ mở của van điện từ tỉ lệ tuyến tính (Proportional solenoid linear valve).
Khi động cơ không trang bị hệ thống EGR, khí NOx tạo ra có thể vượt mức quy định trong khí thải hoặc sẽ tạo ra nhiều muôi than do khói đen gây ra. Để khắc phục được những vấn đề đó nên động cơ được trang bị hệ thống EGR.
Hoạt động:
Bình thường khi không có chân không vào buồng màng của van EGR thì xò xo đẩy màng, màng đẩy van đóng đường dẫn khí thải vào đường ống nạp.
Bơm chân không tạo ra một khoảng chân không, khi ECM gửi tín hiệu điều khiển van điện điều khiển chân không, van này sẽ điểu khiển lượng chân không và dẫn nó vào buồng màng của van EGR. Khi có chân không vào buồng màng hút màng, màng sẽ kéo lò xo xuống làm mở van EGR dẫn một lượng khí thải vào đường nạp.
3.2.2.ACV (Van điều khiển khí nạp)
ACV điều khiển lượng khí nạp nhằm mục đích giảm thiểu ô nhiễm.
- Các chức năng của ACV
+ Dừng động cơ khi quá trình cháy kết thúc hẳn.
+ ACV điều khiển dòng khí bằng cách sử dụng van để đưa lượng khí thải luân hồi vào đường ống nạp với tỉ lệ hợp lý.
- Hoạt động
+ Trong trường hợp động cơ dừng: Ngắt khóa => bướm ga đóng => gia tăng sự cản trở dòng khí nạp => bơm dừng => động cơ dừng một cách êm dịu.
+ Trường hợp van EGR đang hoạt động: Điều khiển đưa lượng khí thải luân hồi trở lại đường nạp với tỉ lệ hợp lý bằng cách điều khiển hoạt động motor DC.
3.2.3.SCV (SWIRL CONTROL VALVE)
Khi số vòng quay thấp quá trình nạp khí sẽ trở nên khó khăn. Để khắc phục vấn đề này, SCV được thiết kế và lắp đặt trên động cơ.
- Tốc độ trung bình-thấp: Van đóng => tăng độ xoáy lốc => tăng cường lượng khí thải luân hồi.
- Tốc độ cao: Van mở => tăng lượng khí nạp mới => tăng lực xoắn
- Điều khiển
+ Điều khiển vị trí của motor DC bằng một cảm biến vị trí.
+ Ở tốc độ thấp hơn 3000 vòng/phút =>SCV đóng.
+ Những trường hợp khác: SCV mở.
3.2.5.TURBO tăng áp
Với động cơ không tăng áp, trực tiếp hút không khí từ ngoài trời, do bị hạn chế về số lượng không khí hút vào xy lanh nên tiềm lực nâng cao công suất động cơ không lớn.
Cánh nén 4 được dẫn động bằng cánh tuocbin 3, hoạt động nhờ năng lượng khí thải của động cơ. Không khí từ ngoài trời qua cánh nén rồi vào xy lanh động cơ. Ngoài ra còn có thêm bộ phận làm mát không khí nạp để nâng cao mật độ khí nạp.
CHƯƠNG 4
KHAI THÁC, BẢO DƯỠNG - SỬA CHỮA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL - CDI
4.1.Khai thác hệ thống cung cấp nhiên liệu điện tử Common rail
Trong quá trình khai thác sử dụng, động cơ phun dầu điện tử có thể gặp một số trường hợp hư hỏng như sau:
- Động cơ không khởi động được hoặc khởi động khó khăn.
- Khi tăng vòng quay động cơ, áp suất dầu bôi trơn giảm.
- Động cơ điện của bơm dầu điện không làm việc.
- Động cơ bị rồ ga.
- Nhiệt độ nước làm mát tăng cao.
Sau đây là một số nguyên nhân và phương pháp khắc phục các hư hỏng trên trong quá trình sử dụng.
4.2.Bảo dưỡng - sửa chữa hệ thống nhiên liệu
4.2.1.Bảo dưỡng kỹ thuật cấp một
Dùng mắt kiểm tra tình trạng các bộ phận thuộc hệ thống cung cấp nhiên liệu, độ kín khít các mối nối, và nếu cần thì khắc phục những hư hỏng.
4.2.2.Các chú ý khi tháo lắp và kiểm tra của hệ thống cung cấp nhiên liệu điện tử Common rail – CDI
- Làm sạch và rửa kỹ khu vực làm việc để loại bỏ bụi bẩn bên trong của hệ thống nhiên liệu khỏi bị nhiễm bẩn trong quá trình tháo.
- Việc điều chỉnh mã vòi phun không thể thực hiện được khi động cơ đang làm việc.
- Nghiêm cấm không được ăn hoặc hút thuốc trong khi đang làm việc với hệ thống phun nhiên liệu common rail. Việc dầu tiên cần làm trước khi tiến hành bất kỳ một công việc gì trên hệ thống phun nhiên liệu common rail là ngắt bình ắc quy.
- Không được sử dụng vỏ của ECM như là điểm tiếp mát khi sửa chữa.
- Rỡ phụ tùng ra khỏi hộp đóng gói trước khi sử dụng. Không nên tháo các nắp bảo vệ và chụp làm kín vòi phun, đầu ống dẫn ra trước, chỉ tháo bỏ nắp bảo vệ khi bắt đầu thực hiện công việc.
- Chỉ kiểm tra áp suất cao áp bằng điện áp ra của cảm biến áp suất đường cao áp.
- Khi lắp đặt các ống phun cần tuân thủ các biện pháp phòng ngừa sau.
+ Không sử dụng lại các ống tuy ô cao áp, khi tháo tuy ô cao áp ra cần phải thay bằng một cái mới.
+ Lắp lại các chi tiết đã tháo vào vị trí ban đầu, rửa sạch các ống phun và đảm bảo bề mặt làm kín của chúng khỏi các dị vật hoặc bị cào xước trước khi lắp các ống.
4.2.4.Bảo dưỡng kỹ thuật theo mùa
Cần xả hết cặn trong thùng chứa dầu, rồi làm vệ sinh thùng. Tháo vòi phun và hiệu chỉnh áp suất nâng kim phun và sự đồng đều trên các xilanh, trên máy chuẩn đoán GDS.
4.2.6.Kiểm tra và phát hiện lỗi bằng máy chẩn đoán chuyên dụng
a. Kiểm tra bằng cách sử dụng máy chẩn đoán
Để kiểm tra tình trạng hoạt động của ECM và các cảm biến chúng ta sử dụng máy chuẩn đoán OBD.
b. Kiểm tra bằng cách dùng dụng cụ thử mạch
4.2.7. Quy trình tháo lắp kiểm tra hệ thống nhiên liệu common rail CDI
a. Quy trình tháo tuy ô bơm cao áp, tuy ô vòi phun
b. Quy trình lắp tuy ô bơm cao áp, tuy ô vòi phun
4.2.8. Quy trình tháo vòi phun ra khỏi động cơ
a. Quy trình Tháo vòi phun
- Tháo rời các tuy ô cao áp của vòi phun ra trước.
- Tháo các giắc cắm điện ra.
- Tháo các đường ống hồi nhiên liệu ra
b. Quy trình lắp lại vòi phun
- Lắp vòi phun và bích giữ vào lỗ vòi phun.
- Xiết bulong bích giữ vòi phun với lực 19Nm.
- Lắp lại các đầu ống dầu hồi vào vòi phun. Cắm lại các giắc cắm điện.
4.2.11.Kiểm tra bơm cao áp.
- Chuẩn bị dụng cụ.
+ Van điều chỉnh áp suất.
+ Các đầu nối và ống nối và bình đựng nhiên liệu.
+ Đồng hồ đo áp suất.
+ Các chụp bảo vệ các đầu nối khi tháo ra.
- Các bước tiến hành đo:
1. Tháo tất cả các đường ống nối vòi phun với ống Rail.
2. Lắp van định lượng nhiên liệu và các ống nối nối với các đầu nối ống Rail.
3. Lắp đồng hồ đo áp suất cao vào ống Rail và quan sát.
4. Tháo van điều khiển áp suất, lắp cáp của đồng hồ đo vào ống Rail.
4.2.12.Kiểm tra van điều chỉnh áp suất
1. Tháo đường nhiên liệu hồi từ van điều chỉnh áp suất cao.
2. Tháo ống nhiên liệu hồi từ van điều khiển áp suất thấp.
3. Tháo đường điều khiển áp suất và nối cáp điều khiển của thiết bị đo vào van điều chỉnh áp suất.
4. Lượng dầu hồi qua van giới hạn 10cm3/5giây nếu lượng nhiên liệu hồi lớn hơn mức cho phép ta thay ống Rail mới.
KẾT LUẬN
Với những đặc tính ưu việt, tính kinh tế cao và khả năng thích nghi lớn trong các điều kiện sử dụng, động cơ sử dụng Hệ thống nhiên liệu Common rail hứa hẹn sẽ tạo ra bước ngoặt lớn cho ngành công nghệ ô tô
Hệ thống nhiên liệu Common rail có khả năng tạo hơi nhiên liệu tốt vì phun nhiên liệu với áp suất cao khoảng 1600 bar. Nhiên liệu cháy hoàn toàn, không tạo ra các sản phẩm phụ khác, ít tạo khói, ít tạo ra muội than nên vấn đề ô nhiễm không khí được cải thiện rất nhiều.
Tóm lại, quá trình cháy trong hệ thống Common rail được cải thiện đáng kể, tăng tính kinh tế nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu suất của động cơ. Ở từng tốc độ và tại mỗi chế độ tải trọng của động cơ, lượng nhiên liệu có thể được cung cấp chính xác và liên tục nhờ việc kiểm soát khí thải của ECM.
Dưới sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo: Thạc sỹ ................... trong suốt thời gian thực hiện đề tài, tôi thực hiện đã bổ sung và tích lũy thêm rất nhiều kiến thức bổ ích. Và đó cũng chính là những hành trang vô cùng quý giá giúp tôi thực hiện có thêm tự tin để tiếp nhận những nhiệm vụ mới trong công việc thời gian sắp tới.
Do kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện, chắc chắn đề tài sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, truyền đạt kinh nghiệm từ quý Thầy và các đồng chí để ngày càng có nhiều đề tài hoàn thiện hơn.
Bên cạnh đó, với cùng mong muốn nâng cao kiến thức và hiểu biết về công nghệ hiện đại như các đồng chí khác, tôi thực hiện đồ án hy vọng Nhà trường, Khoa Ô tô bổ sung thêm vào chương trình giảng dạy những kiến thức về xe đời mới, cập nhật những công nghệ tiên tiến; đồng thời trang bị thêm nhiều mô hình giảng dạy cùng các máy móc, chi tiết thực tế để học viên dễ tiếp thu, nâng cao hiệu quả trong công tác giảng dạy và học tập.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Văn Trạng, “ Động cơ đốt trong 1 ”, ĐHSPKT.TPHCM – 2005
2. Nguyễn Tấn Lộc, “ Thực tập động cơ 1 ” , ĐHSPKT.TPHCM – 2007
3. Lê Xuân Tới, “ Thực tập động cơ diesel ” , ĐHSPKT.TPHCM – 2007
4. Mô hình và số liệu thực tế tại garage.
5. PGS.TS. Đỗ Văn Dũng - Hệ thống điện động cơ trên ô tô hiện đại
6. GS.TS. Nguyễn Tất Tiến - Nguyên lý động cơ đốt trong
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"