Home / Ô Tô / Hệ thống phun dầu điện tử: cấu tạo, phân loại, hoạt động

Hệ thống phun dầu điện tử: cấu tạo, phân loại, hoạt động

/

Hệ thống điều khiển động cơ diesel bằng điện tử trong một thời gian dài chậm phát triển so với động cơ xăng. Sở dĩ như vậy là vì bản thân động cơ diesel thải ra ít chất độc hơn nên áp lực về vấn đề môi trường lên các nhà sản xuất ô tô không lớn. 

hệ thống phun dầu điện tử

1. Hệ thống phun dầu diesel điện tử EFI là gì?

1.1. Khái niệm

Hệ thống điều khiển động cơ diesel bằng điện tử trong một thời gian dài chậm phát triển so với động cơ xăng. Sở dĩ như vậy là vì bản thân động cơ diesel thải ra ít chất độc hơn nên áp lực về vấn đề môi trường lên các nhà sản xuất ô tô không lớn. 

Hơn nữa, do độ êm dịu không cao nên diesel ít được sử dụng trên xe du lịch. Trong thời gian đầu, các hãng chủ yếu sử dụng hệ thống điều khiển bơm cao áp bằng diện trong các hệ thống phun dầu điện tử EDC (Electronic Diesel Control)

Hệ thống EDC vẫn sử dụng bơm cao áp kiểu cũ nhưng có thêm một số cảm biến và cơ cấu chấp hành, chủ yếu để chống ô nhiễm và điều tốc bằng điện tử. Trong những năm gần đây, hệ thống điều khiển mới – hệ thống Common rail với việc điều khiển kim phun bằng điện đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi.

1.2. Phân loại diesel EFI

Cấu tạo hệ thống diesel EFI thông thường

hai loại hệ thống diesel EFI (Electronic Fuel Injection):

– Diesel EFI loại thông thường.

– Diesel EFI loại phân phối.

1.2.1. Diesel EFI loại thông thường

Hệ thống này sử dụng các cảm biến để phát hiện góc mở của bàn đạp ga và tốc độ động cơ và ECU (Electronic Control Unit) để xác định lượng phun và thời điểm phun nhiên liệu. Những cơ cấu điều khiển dùng cho quá trình bơm, phân phối và phun dựa trên hệ thống diesel loại cơ khí.

Hệ thống UI: Trong hệ thống Ul bơm cao áp và vòi phun tạo thành một khối, mỗi bơm cao áp được lập riêng cho một xilanh động cơ và dược dẫn động trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua con đội hay cò mồ. So sánh với bơm thẳng hàng và bơm phân phối, loại này có áp suất phun cao hơn (trên 2050 bar). Các thông số của hệ thống nhiên liệu được tính toán bởi ECU, việc phun nhiên liệu được điều khiển bằng cách đóng mở các van điện từ.

cấu tạo hệ thống UI
Cấu tạo hệ thống UI

Hệ thống UP: Hệ thống UP về nguyên lý hoạt động tương tự hệ thống UI chỉ khác ở chỗ có thêm đoạn ống cao áp ngắn nổi từ bơm cao áp đến vòi phun. Bơm được dẫn động bởi trục cam động cơ, vòi phun được lắp trên buồng đốt động cơ. Mỗi bộ bơm UP cho mỗi xilanh động cơ gồm có bơm cao áp, ống dẫn cao áp và kim phun. Lượng nhiên liệu phun và thời điểm phun của hệ thống UP cũng được điều khiển bởi van cao áp điện từ.

cấu tạo hệ thống UP
Cấu tạo hệ thống UP

1.2.2 Diesel EDC dùng ống phân phối

Hệ thống EDC dùng ống phân phối bao gồm: Bơm cấp liệu, Ống phân phối, Cảm biến áp suất nhiên liệu, Bộ giới hạn áp suất, Vòi phun, Cảm biến, ECU, EDU, Bình nhiên liệu, Lọc nhiên liệu, Van một chiều. Xem thêm quy trình bảo dưỡng động cơ EFI định kỳ đúng kỹ thuật.

cấu tạo hệ thống EDC dùng ống phân phối
Cấu tạo hệ thống EDC dùng ống phân phối

2. Các loại cảm biến và tín hiệu đầu vào

2.1. Cảm biến nhiệt độ là gì?

Nguyên lý: Điện trở nhiệt là một phần tử cảm ứng nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ, được làm bằng vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt trở âm. Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm và ngược lại. Các loại cảm biến nhiệt độ hoạt động cùng nguyên lý nhưng mức hoạt động và sự thay đổi điện trở theo nhiệt đỏ có khác nhau. Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gửi đến ECU trên nền tảng cầu phân áp

Công dụng: Cảm biến nhiệt độ trên động cơ diesel dùng để do nhiệt độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ dầu bôi trơn động cơ, nhiệt độ nhiên liệu diesel, nhiệt độ khí xả. Xem thêm các loại cảm biến ô tô: cấu tạo, nguyên lý hoạt động.

2.2. Cảm biến áp suất là gì?

cấu tạo cảm biến áp suất
Cấu tạo cảm biến áp suất

Nguyên lý: Dựa trên nguyên lý cầu Wheatstone. Mạch cầu wheatstone được sử dụng trong thiết bị nhằm tạo ra một điện áp phù hợp với sự thay đổi điện trở. Cảm biến bao gồm một tấm silicon nhỏ dày hơn ở hai mép ngoài và mỏng ở giữa. Hai mép được làm kín cùng với mặt trong của tấm silicon tạo thành buồng chân không trong cảm biến. Mặt ngoài tấm silicon tiếp xúc với áp suất cần do. Hai mặt của tấm silicon dược phủ thạch anh để tạo thành điện trở áp điện.

Công dụng: Cảm biến áp suất dùng để đo áp suất không khí nạp, do áp suất dầu bôi trơn, áp suất nhiên liệu, áp suất tăng áp.

2.3. Cảm biến tốc độ động cơ

Nguyên lý: Bộ phận chính của cảm biến là một cuộn cảm ứng, một nam châm vĩnh cửu và một rôto dùng để khép mạch từ có số răng tùy loại động cơ Khi cựa răng của rôto không nằm đối diện với cực từ, từ thông đi qua cuộn dây sẽ có giá trị thấp vì khe hở lớn, từ trở cao. Khi cựa răng đến gần cực từ của cuộn dây, khe hở giảm dần khiến từ thông tăng nhanh. Nhờ sự biến thiên từ thông, trên cuộn dây sẽ xuất hiện một sức diện động khi cựa răng rôto đổi diện với cực từ của cuộn dây, từ thông có giá trị cực đại nhưng điện áp ở hai đầu có giá trị bằng không. Khi cựa răng ra khỏi cực từ khe hở không khí tăng dần từ thông giảm, sinh ra sức điện động theo chiều ngược lại.

Công dụng: Đo tốc độ động cơ xác định vị trí trục khuỷu.

2.4. Cảm biến vị trí trục cam

cấu tạo cảm biến vị trí trục cam
Cấu tạo cảm biến vị trí trục cam

Công dụng: Cảm biến này được lắp trên bơm cao áp phân phối, tín hiệu của nó được dùng cho các công dụng như do tốc độ bơm cao áp, xác định vị trí góc quay của trục bơm và trục cam, xác định thời điểm phun ứng với các chế độ làm việc.

2.5. Cảm biến hiệu ứng Hall

cấu tạo cảm biến hall
Cấu tạo cảm biến Hall

Công dụng: Số vòng quay trục cam bằng một nửa số vòng quay trục khuỷu, thông qua vị trí góc quay của trục cam, cảm biến Hall xác định vị t của piston trong hành trình của nó, thông tin này giúp ECU xử lý.

2.6. Cảm biến nhấc kim phun

cảm biến nhấc kim phun

Công dụng: Thời điểm phun là thông số đặc biệt quan trọng đối với hoạt động của động cơ, cảm biến này dùng để ghi nhận thời điểm nhấc kim phun.

2.7. Cảm biến vị trí bướm ga

Cảm biến vị trí bướm ga

Nguyên lý: Có nhiều loại cảm biến bướm ga, mỗi loại có nguyên lý riêng. Cảm biến kiểu điện áp có một điện áp kế đặt trong cảm biến dùng để đo điện áp và gửi tín hiệu về ECU. Cảm biến bướm ga kiểu hiệu ứng Hall dựa trên nguyên lý di chuyển nam châm, loại này có cảm biến Hall đặt bên trong.

Công dụng: Cảm biến vị trí bướm xác định vị trí bướm ga hoặc góc quay tương ứng của nó và gửi tín hiệu của nó về ECU

2.8. Cảm biến đo gió

Nguyên lý: Cảm biến đo gió kiểu nhiệt dựa trên sự phụ thuộc của năng lượng nhiệt thoát ra từ một linh kiện được nung nóng băng diện như dây nhiệt màng nhiệt hoặc điện trở nhiệt được đặt trong dòng khí nạp

Công dụng: Dùng để xác định lượng khí nạp vào động cơ.

2.9. Cảm biến oxy

cấu tạo cảm biến oxy
Cấu tạo cảm biến oxy

Nguyên lý: Cảm biến oxy thực chất là một loại pin điện có sức điện động phụ thuộc nồng độ oxy trong khí thải với ZrO2 là chất điện phân. Mặt trong ZrO2 tiếp xúc với không khí, mặt ngoài tiếp xúc với oxy trong khí thải, ở mỗi mặt của ZrQ2 có phủ một lớp điện cực Platin để dẫn điện, lớp platin này rất mỏng và xốp để oxy dễ khuếch tán vào. Khi khí thải chứa oxy ít do hỗn hợp giàu nhiên liệu thì số ion oxy tập trung ở điện cực tiếp xúc khí thải ít hơn số axy tập trung ở điện cực tiếp xúc với không khí. Sự chênh lệch này tạo tín hiệu điện áp khoảng (600-900)mV. Ngược lại, khi độ chênh lệch số ion oxy ở hai điện cực nhỏ trong trường hợp hỗn hợp nghèo pin sẽ phát ra tín hiệu điện áp thấp khoảng 100-400mV.

Công dụng: Cảm biến oxy dùng để hàm lượng oxy trong khí xả, tín hiệu được gửi về ECU để điều chỉnh tỉ lệ hòa trộn nhiên liệu không khí AF thích hợp với chế độ làm việc động cơ.

3. Hệ thống phun dầu EDC thông thường dùng bơm VE

3.1. Hệ thống nhiên liệu diesel VE-EDC là gì?

Hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển điện tử dùng bơm cao áp phân phối (VE EDC) tương tự như ở hệ thống diesel điều khiển cơ khí, nhiên liệu cao áp được tạo ra từ bơm và được đưa đến từng kim phun nhờ ống cao áp nhưng việc điều khiển thời điểm và lưu lượng phun được ECU quyết định thông qua việc điều khiển hai van điện từ là TCV (Timing Control Valve) và kiểu VE SPV (SPill Valve).

vị trí các bộ phận trên ô tô
Vị trí các bộ phận trên ô tô

3.2. Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của bơm cao áp VE-EDC

3.2.1. Cấu tạo các bộ phận bên trong của bơm cao áp điều khiển điện tử loại VE

Vành con lăn, đĩa cam và piston bơm:

Đĩa cam được nối với piston bơm và được dẫn động bởi trục dẫn động. Khi rôto quay các vấu cam trên đĩa cam tác động vào con lăn làm cho piston bơm chuyển động vừa quay vừa tịnh tiến tạo áp suất cao cho nhiên liệu, số vấu cam bằng với số xilanh của động cơ.

Piston bơm có bốn rãnh hút (bằng số xilanh), một cửa phân phối và được nổi cứng với đĩa cam, piston và đĩa cam luôn tiếp xúc với con lăn nhờ lò xo piston bơm. Khi đĩa cam quay một vòng thì piston cũng một vòng và tịnh tiến bốn lần, mỗi lần tịnh tiến ứng với một lần phun của kim phun nào đó. 

Nguyên tắc hoạt động của piston bơm hướng trục:

Giai đoạn nạp: Van SPV đóng do tác dụng của lò xo van, piston bơm dịch chuyển về phía trái, cửa nạp được mở và nhiên liệu từ trong thân bơm dược hút vào xilanh bơm.

Giai đoạn phun: ECU sẽ gửi tín hiệu đến van SPV, SPV vẫn ở trạng thái đóng, piston bơm bắt đầu dịch chuyển sang phải, nhiên liệu bắt đầu bị nén và nhiên liệu được đưa đến các kim phun qua ống phân phối.

Giai đoạn kết thúc phun: ECU ngắt tín hiệu gửi tới van SPV, van SPV mở, áp suất nhiên liệu trong xilanh bơm giảm xuống, quá trình phun kết thúc.

Nguyên tắc hoạt động của piston bơm hưởng kinh: Khi trục bơm được dẫn động, đĩa cam đứng yên, con lăn cùng piston dịch chuyển trong biến dạng của cam. Khi con lăn dịch chuyển đến phần cao của cam, piston bơm dịch chuyển đến tâm bơm, nén nhiên liệu. Nhiên liệu có áp suất cao đưa đến cửa phân phối cho các xilanh.

3.2.2. Bơm tiếp vận

Bơm này là bơm cánh gạt, có bốn cánh và một rôto, khi trục dẫn động quay làm rôto quay, các cánh gạt dưới tác dụng của lực ly tâm ép sát vào vách buồng áp suất và ép nhiên liệu tới thân bơm. Khi bơm cấp liệu quay sẽ hút nhiên liệu từ thùng chứa, qua bộ lọc nhiên liệu đi vào trong thân bơm với áp suất được giới hạn bởi van điều khiển.

3.2.3. Cảm biến tốc độ

Cảm biến tốc độ được lắp trên bơm cao áp bao gồm một rôto ép dính với trục dẫn động một cảm biến (cuộn dây). Khi rôto quay xung tín hiệu được tạo ra trong cảm biến dưới dạng các xung điện áp hình sin và được gửi về ECU. Điện áp cuộn dây ở 20 độ C là khoảng 210 – 250 Ω.

3.2.4. Van điều khiển lượng phun thông thường (SPV thông thường sử dụng cho bơm piston hướng trục)

van điều khiển lượng phun (SPV)
Van điều khiển lượng phun (SPV)

Gồm có hai con trượt, ở mỗi đầu con trượt có các tiếp điểm đưa ra các tín hiệu về góc mở bướm ga hay tín hiệu cầm chừng.

Trong thời kỳ nạp: piston di chuyển về bên trái hút nhiên liệu vào buồng bơm. Lúc này ECU chưa gửi tín hiệu đến van SPV. Cửa B mở nhưng van chính vẫn đóng.

Thời kỳ phun: cuối quá trình nạp SPV nhận tín hiệu từ ECU, van của B đóng lại và van chính vẫn ở đóng. Đệ tăng áp suất nhiên liệu đến áp suất cần thiết phun nhiên liệu vào buồng đốt.

Kết thúc phun: khi van chính mở nhiên liệu dược hồi về trong thân bơm cao áp làm cho áp suất trong xilanh bơm giảm xuống. Kết thúc quá trình bơm, van chính được đóng lại nhờ lò xo van.

Chuẩn bị kết thúc phun: Khi ECU ngắt tín hiệu, dòng điện trong cuộn dây bị ngắt, van phụ mở lỗ B, do áp suất trong buồng piston cao nên van chính cũng được mở ra.

3.2.5. Van điều khiển lượng phun trực tiếp (SPV trực tiếp sự bơm piston hướng kính)

cấu tạo SPV trực tiếp
Cấu tạo SPV trực tiếp

Cấu tạo chính gồm: Cuộn dây, van điện từ và lò xo. So với van SPV thông thường loại này có nhiều ưu điểm hơn là có độ nhạy cao hơn. Khi piston bơm cao áp đi xuống, nhiên liệu sẽ được nạp vào xilanh bơm, Lúc này van SPV vẫn đang đóng do tác dụng của lò xo van. Khi piston chuẩn bị đi lên nén dầu thì ECU đã gửi tín hiệu điện đến van SPV.

Khi có tín hiệu điều khiển từ ECU: Khi piston bơm đi lên, dầu trong xilanh bơm bị nén lại. Lúc này van SPV vẫn đang đóng do tác dụng của lực tạo ra bởi dòng điện chạy trong cuộn dây. Áp suất nhiên liệu tăng, van cao áp mở ra, dầu được đưa đến kim phun. Nếu áp suất dầu đủ lớn, van kim sẽ nhấc lên và quá trình phun bắt đầu.

Khi ECU ngắt tín hiệu điều khiển: Khi ECU ngắt tín hiệu, lực từ trong cuộn dây không còn nữa, với tác dụng của áp lực dầu van được đẩy lên và mở đường dầu hồi về thân bơm. Áp lực nhiên liệu trong buồng bơm giảm xuống, quá trình phun kết thúc. 

3.2.6. Van điều khiển thời điểm phun (TCV)

– Van được lắp trên bơm cao áp, gần bộ phận định thời của bơm.

Cấu tạo TCV: Gồm lõi Stato, lò xo và lõi chuyển động. Điện trở cuộn dây ở 20 độ C là 10-40 Ω.

Cấu tạo chính của van TCV gồm: Lõi stator, lò xo và lõi chuyển động. Van được lắp trên bơm cao áp, gần bộ định thời của bơm. Van có vị trí lớp như hình bên trên. Điện trở của cuộn dây ở 20°C là 10-14 Ω.

– Trong van có hai đường thông với hai buồng của piston định thời. 

Nguyên lý làm việc: Khi ECU cấp điện cho cuộn dây dưới tác dụng của lực từ, lõi bị hút về bên phải mở đường dầu thông giữa hai khoang áp lực của bộ định thời. Khi ECU ngừng cung cấp điện áp, dưới tác dụng của lực lò xo lỗi dịch chuyển về bên trái đóng đường dầu thông giữa hai khoang áp suất.

Khi tín hiệu ON ngắn: Van TCV mở ít hơn lên áp lực trong buồng bên phải lớn hơn. Bộ phun dầu sớm sẽ làm vòng con lăn xoay ngược chiều quay piston bơm làm piston bị đội lên sớm hơn. Điểm phun được điều khiển sớm hơn.

Khi tín hiệu dài: Khi tín hiệu ON dài, van TCV mở nhiều hơn nên áp lực dầu trong buồng bên phải nhỏ hơn. Bộ phun dầu sớm sẽ làm vòng chứa con lăn xoay cùng chiều quay piston bơm làm piston bị đội lên muộn hơn. Điểm phun được điều khiển muộn hơn.

3.3. Cấu tạo và hoạt động của vòi phun cao áp

3.3.1. Cấu tạo, hoạt động của vòi phun một giai đoạn

Cấu tạo vòi phun một giai đoạn

– Khi áp suất dầu đến để kim thắng lực lò xo nén, van kim bị đẩy lên, quá trình phun bắt đầu.

– Đối với kim phun 1 lò xo, để thực hiện phun 2 giai đoạn, ECU sẽ gửi 2 tín hiệu xung để điều khiển kim.

3.3.2. Cấu tạo, hoạt động của vòi phun hai giai đoạn

cấu tạo vòi phun hai giai đoạn
Cấu tạo vòi phun hai giai đoạn

– Khi áp lực nhiên liệu khoảng 18 Mpa, lò xo mềm sẽ bị nén lại. Van kim sẽ bị nhấc lên 1 khoảng nhỏ. Một lượng nhỏ nhiên liệu sẽ được phun vào buồng đốt.

– Khi áp lực nhiên liệu tăng đến khoảng 23 Mpa thì lò xo cứng sẽ bị nén lại. Van kim sẽ được tiếp tục nhấc lên thêm một đoạn nữa. Nhiên liệu sẽ được phun nhiều hơn vào trong buồng đốt động cơ. Đây là giai đoạn phun thứ 2. Lượng nhiên liệu được phun trước vào trong buồng đốt động cơ sẽ bốc cháy trước làm cho quá trình cháy xảy ra êm dịu hơn.

Xem thêm:

This div height required for enabling the sticky sidebar
error: Content is protected !!
Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views :