Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail

iv


TÓM TẮT

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO EDU CHO HỆ THỐNG PHUN DẦU
ĐIỆN TỬ COMMON RAIL
Trên động cơ Common Rail, nhiên liệu được chứa trong ống rail dưới áp suất
cao có thể lên đến 2000 bar. Dưới điều kiện áp suất cao như vậy nhiên liệu sẽ được
tán cực nhuyễn khi phun vào buồng đốt. Để giảm tiếng ồn, giảm lượng khí thải độc
hại, nhiên liệu được phun vào buồng đốt nhiều lần trong một chu kỳ công tác. Việc
phun nhiên liệu này phải chính xác cả về thời điểm lẫn lượng phun, chỉ cần một sai
lệch nhỏ cũng làm tăng lượng phát thải và tiêu hao nhiên liệu.  điện áp thường sử
dụng trên xe 12V hoặc 24V, việc điều khiển nhấc kim không đáp ứng được các yêu
cầu trên. Vì vậy, việc chế tạo hộp EDU (Electronic Drive Unit) nhằm mục đích
nâng điện áp nhấc kim lên khoảng 80 - 150V được đặt ra.
Đề tài nghiên cứu chế tạo hộp EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common
Rail được thực hiện từ tháng 02 năm 2013 đến tháng 8 năm 2013 và đã chế tạo
thành công hộp EDU có thể hoạt động tốt trên mô hình động cơ Toyota 2KD.



Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail

v


ABSTRACT

TOPIC: RESEARCH, MANUFACTURE AN ELECTRONIC DRIVE UNIT
(EDU) FOR COMMON RAIL DIESEL INJECTION SYSTEM
In Common Rail diesel injection system, a high-pressure pump stores a
reservoir of fuel at high pressure up to and above 2000 bars. At high-pressure fuel
that the common rail technology provides better fuel atomisation. In order to lower
engine noise, lower emission, the engine's electronic control unit can inject fuel
more than once time into combustion chamber. The fuel injected must be accurate
both in timing and amount of spray. Just a small deviation will lead to increase
emissions and fuel consumption. In the commonly voltage used in car 12V or 24V,
the needle lift control can not meet these requirements. So EDU (Electronic Drive
Unit) need to be manufactured aims to raise the needle lift voltage to about 80 –
150V.
The topic research, manufacture an electronic drive unit for common rail fuel
system was started in February 2013 and finished in August 2013. The results of
this topic is manufactured an EDU may work well on Toyota engine model 2KD.


Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
vi


MC LC

TRANG
Trang tựa

Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân

i
Lời cam đoan
ii
Cảm tạ
iii
Tóm tắt
iv
Mục lục
vi
Danh sách các hình
viii
NG QUAN
1
1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu
trong và ngoài nước
1
1.1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
1
1.1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước
2
1.2. Tính cấp thiết của đề tài
8
1.3. Mục đích của đề tài
8
1.4. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
9
1.5. Phương pháp nghiên cứu
9
1.6. Kế hoạch thực hiện.
9

 LÝ THUYT
11
2.1. Vài nét về động cơ diesel
11
2.1.1. Những đặc trưng của động cơ diesel
11
2.1.2. Nhược điểm của hệ thống nhiên liệu diesel cổ điển
12
2.1.3. u điểm của hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
15
2.2. Vị trí của hộp EDU trong hệ thống nhiên liệu Common Rail
16
2.3. Kim phun của động cơ Common Rail
18
2.4. Cuộn cảm
20
2.4.1. Khái quát về cuộn cảm
20
2.4.2. Cấu tạo
21
2.4.3. Các đại lượng đặc trưng của cuộn cảm
22
2.4.4. Điện thế, dòng điện qua cuộn dây
24
2.5. Máy biến áp
26
2.6. Mạch tạo xung
27
2.7. Nguyên lý hoạt động của hộp EDU.
29

 TO BIN ÁP XUNG
31
3.1. Yêu cầu thiết kế
31
3.2. Thiết kế biến áp xung
31
3.2.1. Thiết kế mạch tạo xung
31
3.2.2. Tính toán biến áp xung theo kiểu PUSH – PULL
32
3.2.2.1. Sơ đồ nguyên lý
32


Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
vii



3.2.2.2. Tính toán biến áp xung
32
3.2.2.3. Chế tạo biến áp xung
35
3.2.3. Tính toán biến áp xung theo kiểu BOOT
37
3.2.3.1 Sơ đồ nguyên lý
37
3.2.3.2. Tính toán nguồn xung kiểu BOOT
38
3.2.3.3. Chế tạo biến áp

40
 TO MU KHIN
42
4.1. Yêu cầu
42
4.2. Một số linh kiện điện tử sử dụng trong mạch điều khiển
42
4.3. Các tín hiệu đầu vào và đầu ra
43
4.3.1. Tín hiệu đầu vào
43
4.3.2. Tín hiệu phản hồi
48
4.4. Thiết kế mạch điều khiển
49
4.5. Chế tạo hoàn chỉnh hộp EDU
50
4.5.1. Thiết kế mạch in
50
4.5.2. Thi công mạch
50
NH HP EDU
51
5.1. Quá trình thử nghiệm
51
5.1.1. Thiết lập quá trình đo
51
5.1.2. Kết quả đo
54
5.2. Thông số theo tài liệu của hãng Toyota

56
5.3. Kết quả kiểm định
56
 6: KT LUNG PHÁT TRIN C TÀI
57
6.1. Kết luận
57
6.2. Hướng phát triển của đề tài
57
TÀI LIU THAM KHO
59


Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail

viii



DANH SÁCH CÁC HÌNH

TRANG
Hình 1.1: Sơ đồ BOOST converter
4
Hình 1.2: Mạch tăng áp dùng để so sánh
5
Hình 1.3: So sánh về điện áp và dòng điện khi thay đổi độ tự cảm
6
Hình 1.4: So sánh về điện áp và dòng điện khi thay đổi giá trị điện dung
7

Hình 2.1: Đặc tính tốc độ bơm
12
Hình 2.2: nh hưởng của tốc độ động cơ tới hệ số nạp 
v

13
Hình 2.3: Đặc tính phun nhiên liệu
14
Hình 2.4: Vị trí của hộp EDU trong hệ thống nhiên liệu Common Rail
16
Hình 2.5: Sơ đồ mạch điều khiển phun nhiên liệu
17
Hình 2.6: Cấu tạo kim phun của động cơ Common Rail
18
Hình 2.7: Cấu tạo đầu kim phun lỗ tia hở
20
Hình 2.8: Một số cuộn cảm
21
Hình 2.9: Từ trường của cuộn dây
24
Hình 2.10: Sơ đồ tương đương mạch điều khiển kim phun
24
Hình 2.11: Sự tăng trưởng dòng điện trong cuộn dây
25
Hình 2.12: Cấu tạo máy biến áp
27
Hình 2.13: Sơ đồ điều chế độ rộng xung
28
Hình 2.14: Điện áp điều chế
28

Hình 2.15: Sơ đồ khối hộp EDU
29
Hình 2.16: Giai đoạn khởi động van từ với tốc độ cao
30
Hình 2.17: Giai đoạn giữ
30
Hình 3.1: Sơ đồ mạch tạo xung
31
Hình 3.2: Sơ đồ chế tạo biến áp xung
32
Hình 3.3: Diện tích mặt cắt ngang (A
e
) và diện tích quấn dây (A
w
)
33
Hình 3.4: Hệ số gợn sóng K
RF
và chu trình làm việc lớn nhất D
max

34
Hình 3.5: Tổng quan ( Hình chụp từ trên xuống)
36
Hình 3.6: Biến áp, tụ ổn định nguồn, diode chỉnh lưu
36
Hình 3.7: Tụ áp cao, IC3525, MOSFET
37
Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý nguồn xung kiểu BOOT
37

Hình 3.9: Chiều của dòng điện khi mosfet dẫn
38
Hình 3.10: Chiều của dòng điện khi mosfet ngưng dẫn
38
Hình 3.11: Dạng sóng điện áp và dòng điện của nguồn xung kiểu
BOOT

39
Hình 3.12: Hình biến áp xung sau khi chế tạo
40
Hình 4.1: Cấu tạo, ký hiệu, sơ đồ tương đương
42
Hình 4.3: Sơ đồ tương đương của MOSFET
43
Hình 4.4: Sơ đồ tính toán lượng phun cơ bản
44
Hình 4.5: Sơ đồ tính toán lượng phun tối đa
44


Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail

ix



Hình 4.6: Sơ đồ điều chỉnh lượng phun theo áp suất và nhiệt độ khí nạp
45
Hình 4.7: Sơ đồ điều chỉnh lượn phun theo nhiệt độ nhiên liệu và nhiệt
độ nước làm mát


46
Hình 4.8: Sơ đồ xác định thời điểm phun
46
Hình 4.9: Sơ đồ điều chỉnh lượng phun khi khởi động
47
Hình 4.10: nh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến lượng phun khi
khởi động

47
Hình 4.11: Dạng sóng tín hiệu ECU gởi đến EDU
48
Hình 4.12: Tín hiệu phản hồi ứng với tín hiệu phun
48
Hình 4.13: Dạng sóng tín hiệu phản hồi
49
Hình 4.14: Sơ đồ mạch điều khiển
49
Hình 4.15: Mạch in của hộp EDU
50
Hình 4.16: Hình chụp hộp EDU sau khi đã chế tạo
50
Hình 5.1: Chuẩn bị động cơ và máy chẩn đoán
51
Hình 5.2: Kết nối hộp EDU đã chế tạo với động cơ
52
Hình 5.3: Chọn mục CR injector
53
Hình 5.4: Kết nối dụng cụ đo
53

Hình 5.5: Dạng sóng điện áp điều khiển kim phun
54
Hình 5.6: Dạng sóng dòng điện điều khiển kim phun
55
Hình 5.7: Dạng sóng điện áp điều khiển kim phun theo cẩm nang
56


Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 1



TNG QUAN

1.1. Tng quan chung v c nghiên cu, các kt qu nghiên cu trong và
c
1.1.1. Tng quan chung v c nghiên cu
-  thế kỷ 21, nhu cầu đi li, vận chuyển ca con ngưi ngày càng tăng, ô tô
xuất hiện ngày càng nhiều và tr thành phương tiện không thể thiếu đi với xã hội
loài ngưi. Trong bi cnh nhiên liệu có nguồn gc hoá thch đang cn kiệt, trái đất
đang ngày một nóng lên, không khí ngày càng ô nhiễm, tiếng ồn ngày càng
nhiều…. tr thành một vấn đề gây đau đầu đi với những nhà sn xuất ô tô. Ngoài
việc tìm kiếm những nguồn năng lượng mới thì họ luôn từng ngày, từng gi tìm
cách gim lượng khí thi, gim tiếng ồn và hơn thế nữa là gim lượng tiêu hao
nhiên liệu ca động cơ. Nh vậy, hàng lot công nghệ mới đã ra đi nhằm đáp ng
những mong mun trên.
- Động cơ Diezel với nhiều ưu điểm như:
+ Tính kinh tế nhiên liệu cao, dầu diesel rẻ hơn xăng, mật độ năng
lượng trong dầu diesel cao hơn xăng, năng suất to nhiệt ca 1 lít dầu là 8755

calori trong khi ca xăng chỉ có 8140 calori.
+ Có hiệu suất cao hơn hẳn so với động cơ xăng (45% so với 30%)
nh tỉ s nén cao. Và trong tương lai động cơ diesel có hiệu suất 55% đến
63% là có thể đt được.
+ Mômen xoắn ca động cơ diesel cao hơn so với động cơ xăng (dung
tích động cơ bằng nhau) nên đây là một ưu điểm khi đi trong thành ph nó
cho phép động cơ hot động với tc độ nh nhất.
+ Tuổi thọ ca động cơ diesel cao hơn so với động cơ xăng.  điều
kiện bình thưng, dầu diesel có tính bc hơi kém nên ít phát ho do đó ít
nguy hiểm hơn so với các loi nhiên liệu khác chẳng hn như xăng.

Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 2


- Chính nh những ưu điểm nổi bậc này nên mặc dù động cơ Diezel có một
s nhược điểm như: to thành nhiều HC, NO
X
, bồ hóng trong quá trình cháy, rung,
ồn nhiều khi hot động, có khi lượng lớn và đắt tiền… nhưng động cơ Diezel vẫn
không thể thiếu trong nền công nghiệp vận ti.
- Để gim ti đa những nhược điểm và tận dụng triệt để những ưu điểm ca
dầu diesel, các hãng ô tô đã thiết kế li hệ thng nhiên liệu cho động cơ Diezel và
hệ thng này có tên gọi là Common Rail. So với động cơ Diezel cổ điển thì động cơ
phun dầu điện tử Common Rail ít ô nhiễm hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn, có công
suất lớn hơn, hiệu suất cao hơn đồng thi êm dịu hơn rất nhiều (bằng chng là động
cơ Diezel cổ điển chỉ được trang bị trên xe ti thì ngày nay rất nhiều ô tô du lịch
được trang bị động cơ Common Rail.).
- Trên động cơ Diesel hiện đi (Common Rail), mỗi vòi phun được điều
khiển một cách riêng lẻ, nhiên liệu áp suất cao được cha trong ng rail và sau đó

được phân phi đến từng vòi phun. Để làm được điều này, việc phun nhiên liệu ca
động cơ Common Rail được điều khiển hoàn toàn bằng điện tử mà trong đó ECU và
EDU là những bộ phận quan trọng nhất. ECU nhận tín hiệu từ cm biến xử lý rồi
điều khiển các hệ thng gần ging như ECU sử dụng trên động cơ xăng. EDU nhận
tín hiệu từ ECU để điều khiển nhấc kim bằng dòng điện cao áp.
- Việc nghiên cu chế to EDU giúp ngành công nghiệp ô tô ca Việt Nam
có thêm một bước tiếp cận với nền công nghiệp ô tô thế giới.
- Với đề tài “Nghiên cu – chế to EDU sử dụng trên động cơ phun dầu
Common Rail” giúp ta hiểu rõ hơn về sự cần thiết ca việc nâng áp để điều khiển
kim phun, hiểu hơn về động cơ Common Rail và từng bước nội địa hoá nền công
nghiệp ô tô ca nước nhà.
1.1.2. Các kt qu nghiên cc
- Hệ thng Common Rail đầu tiên được phát minh bi Robert Huber, ngưi
Thuỵ Sỹ vào cui những năm 60. Công trình này sau đó được tiến sĩ Marco Ganser
ca viện nghiên cu kỹ thuật Thụy Sỹ ti Zurich tiếp tục nghiên cu và phát triển.
Đến giữa những năm 90, tiến sĩ Shohei Itoh và Masahiko Miyaki ca tập đoàn

Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 3


Denso – một nhà sn xuất phụ tùng ô tô lớn ca Nhật Bn đã phát triển tiếp và ng
dụng trên các xe ti nặng hiệu Hino, và bán rộng rãi ra thị trưng vào 1995, sau đó
ng dụng rộng rãi trên các xe du lịch. Hệ thng nhiên liệu ca động cơ phun dầu
điện tử Common Rail xuất hiện đồng nghĩa với việc EDU cũng ra đi.
-  Việt Nam chưa có bất kỳ một đề tài nào nghiên cu về EDU được công
b.
- Nhiệm vụ chính ca EDU là nâng áp để điều khiển kim phun vì vậy những
kết qu nghiên cu về việc nâng áp cũng cần được quan tâm.
- Có nhiều công trình nghiên cu liên quan đến vấn đề nâng cao điện áp đã

được công b và đề tài này ch yếu tham kho bài báo DC – DC SWITCHING
BOOST CONVERTER ca Anita Soni để thiết kế chế to biến áp xung, tham kho
đề tài COMPARATIVE STUDY ON DC – DC CONVERTERS ca Mehedi Hasan
Tushar để hiệu chỉnh biến áp xung sau khi chế to.
- Sau đây sẽ phân tích hai công trình nói trên:
Công trình 1: DC  DC SWITCHING BOOST CONVERTER
Tác giả: Anita Soni
Trong công trình này tác gi đưa ra thiết kế chuyển đổi điện áp từ 5 volt lên
12 volt bằng cách sử dụng bộ tăng áp DC - DC switching BOOST converter với
hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 73%.
Hiệu suất, kích thước, và giá c là những ưu điểm cơ bn ca bộ biến áp
xung khi so sánh với những bộ biến áp tuyến tính. Một bộ biến áp xung có thể hot
động với hiệu suất từ 70 % đến 80 % trong khi hiệu suất ca bộ biến áp tuyến tính
chỉ có thể đt được khong 30 %.
Vì vậy thiết kế biến áp xung là một gii pháp hiệu qu để cung cấp điện một
chiều cao áp  các giá trị mong mun cho các thiết bị.
Thông s kỹ thuật:
Nguồn cấp vào: 5V ± 10 %
Nguồn đầu ra: 12V
Gợn ti đa ca điện áp đầu ra: 2 %

Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 4


Dòng điện ti đa đầu ra: 100 mA
Hiệu suất ti thiểu: 70 %
Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.1: Sơ đồ BOOST converter

Sau khi tính toán, tác gi đã chọn linh kiện như sau:
IC điều chế độ rộng xung: MC33063
Tần s điều chế độ rộng xung là 62,5 kHz
Tụ định thi C
T
= 390 pF
Độ tự cm nh nhất ca cuộn dây L
min
= 80 H
Giá trị điện tr cm biến dòng là R = 0,5 
giá trị tụ đầu ra C
out
= 1,68 F
R
1
= 2,4 k; R
2
= 20.64 k
Kết qu kiểm tra sau khi chế to:

120 Ohms
No Load
145 Ohms
Input Voltage
4.993 V
4.993 V
4.993 V
Input Current
0.318 A
0.0045 A

0.277 A
Output Voltage
12.110 V
12.047 V
12.012 V
Output Current
0.0954 A
0 A
0.0802 A
Output Ripple
1.6 %
0.04 %
1.6 %
Efficiency
73%
Not Applicable
71%

Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 5



Công trình 2: COMPARATIVE STUDY ON DC-DC CONVERTERS
Tác giả: Mehedi Hasan Tushar
Công trình này có phần so sánh về giá trị điện áp, dòng điện, hiệu suất ca bộ
nâng áp khi thay đổi giá trị ca cuộn dây và tụ điện. Qua đó làm cho việc hiệu chỉnh
bộ nâng áp sau khi chế to nhằm khắc phục những sai s khi tính toán và phù hợp
hơn với yêu cầu thực tế tr nên dễ dàng hơn.
Để so sánh, tác gi dùng mch điều khiển sử dụng MOSFET IRF 540n và IC

điều chế độ rộng xung là SG 3524. Các phần tử còn li như cuộn dây, tụ điện, điện
tr, đi-t được b trí như hình 1.2.

Hình 1.2: Mch tăng áp dùng để so sánh
Trên các hình 1.3 và 1.4, các đưng màu xanh biểu thị cho dòng điện, điện
áp ngõ vào, các đưng màu hồng biểu thị cho dòng điện, điện áp ngõ ra.


Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 6



a b
Hình 1.3: So sánh về điện áp và dòng điện khi thay đổi độ tự cm (D = 0,9)
Hình 1.3a: L = 0,36 mH; C = 46 µF; R = 100 Ω.
Hình 1.3b: L = 3,6 mH; C = 46 µF; R = 100 Ω.

hình 1.3a
hình 1.3b
Giá tr u vào
10 V
10 V
Giá tr u vào
11 A
11 A

Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 7



Giá tr u ra
90 V
100 V
Giá tr u ra
900 mA
1 A
Công sut ngõ vào
110 W
110 W
Công sut ngõ ra
81 W
100 W
Hiu sut
73,6 %
91 %


a b
Hình 1.4: So sánh về điện áp và dòng điện khi thay đổi giá trị điện dung (D = 0,9)

Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 8


Hình 1.4a: L = 3,6 mH; C = 46 µF; R = 100 Ω.
Hình 1.4b: L = 3,6 mH; C = 100 µF; R = 100 Ω.

hình 1.4a
hình 1.4b

Giá tr u vào
10 V
10 V
Giá tr u vào
11 A
15 A
Giá tr u ra
100 V
115 V
Giá tr u ra
1 A
1,15 A
Công sut ngõ vào
110 W
150 W
Công sut ngõ ra
100 W
132 W
Hiu sut
91 %
88 %

- Như vậy, khi tăng độ tự cm ca cuộn dây hoặc tăng giá trị điện cm ca tụ
điện thì dòng điện và điện áp ngõ ra sẽ tăng lên. Tuy nhiên, khi tăng độ tự cm ca
cuộn dây thì hiệu suất sẽ tăng lên còn khi tăng giá trị điện cm ca tụ điện thì hiệu
suất sẽ gim xung.
- Tham kho các công trình nghiên cu nói trên giúp ta dễ dàng hơn trong
việc thiết kế, chế to và hiệu chỉnh bộ biến áp xung – một phần quan trọng ca hộp
EDU mà đề tài này sẽ thực hiện.
1.2. Tính cp thit c tài

- Đây là đề tài chế to hộp EDU đầu tiên  Việt Nam.
- Sau khi chế to thành công sẽ làm gim giá thành thay thế hộp EDU trên
các xe sử dụng động cơ phun dầu điện tử Common Rail và gii quyết bài toán thiếu
phụ tùng.
1.3. M tài
- Vận dụng lý thuyết về điều khiển động cơ, lý thuyết về điện tử để nghiên
cu, chế to hộp EDU trong hệ thng phun dầu điện tử Common Rail.
- Tìm hiểu để theo kịp công nghệ, góp phần từng bước nội địa hoá ôtô.

Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 9


1.4. Nhim v và gii hn c tài
1.4.1. Nhim v c tài
- Nghiên cu đặc tính ca cuộn dây, kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm
chế to bộ biến áp xung đ công suất nhấc kim.
- Tìm hiểu công dụng, cách sử dụng các linh kiện điện tử để chế to mch
điều khiển kim phun.
- Đánh giá kh năng ng dụng sau khi đã chế to xong EDU.
1.4.2. Gii hn c tài
- Đề tài nghiên cu trong phm vi đáp ng được quá trình phun 3 giai đon.
- Chế to được EDU hot động tt, đáp ng tương đi được thực tế.
- Chỉ thử nghiệm trên động cơ Toyota 2KD
u
- Nghiên cu lý thuyết, dựa trên các yêu cầu khi hot động để tính toán ra
một s thông s cần thiết.
- Từ những thông s tính toán tiến hành thực nghiệm để thiết kế, chế to từng
phần hộp EDU.
- Sau khi từng bộ phận đã hot động, tiến hành hoàn thiện hộp EDU.

- Thử và đánh giá trên động cơ.
1.6. K hoch thc hin
TT
THI GIAN
NI DUNG
GHI CHÚ
1
Tháng
02,03,04/2013
- Chế to hoàn chỉnh biến áp xung.

2
Tháng
05,06/2013
- Chế to hoàn chỉnh mch điều khiển.

3
Tháng
07/2013
- Hoàn thành việc chế to, thử nghiệm và
kết luận.

4
Tháng
08/2013
- Hoàn chỉnh phần thuyết minh cho luận
văn, viết bài báo khoa học.


Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail

Trang 10


5
Tháng
09/2013
- Hoàn chỉnh mọi th tục và ch bo vệ
luận văn.

6
Tháng
10/2013
- Bo vệ luận văn tt nghiệp































Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 11



 LÝ THUYT

2.1. Vài nét v 
2.1.1. Nh
 động cơ diesel, nhiên liệu được phun trực tiếp và tự bc cháy trong buồng
đt. Quá trình hình thành hỗn hợp (hoà trộn với không khí) và quá trình bc cháy
ca nhiên liệu chồng chéo lên nhau. Sau khi nhiên liệu được phun, trong buồng đt
diễn ra một lot thay đổi lý hoá.  quá trình cháy, trong khi phần nhiên liệu phun
vào trước đã hoà trộn với không khí và tự bc cháy thì nhiên liệu vẫn được tiếp tục
phun vào xylanh ca động cơ, như vậy sự cháy và sự hoà trộn gần như diễn ra đồng
thi làm cho thành phần hỗn hợp thay đổi liên tục trong không gian ca quá trình.
Do thi gian hoà trộn ngắn làm cho chất lượng hoà trộn rất khó đt tới mc

độ đồng đều, vì vậy động cơ có những đặc trưng sau:
- Trong quá trình nén, bên trong xylanh chỉ là không khí, do đó có thể
tăng tỷ s nén ε , qua đó làm tăng hiệu suất động cơ, đồng thi to điều kiện
thuận lợi làm tăng nhiệt độ môi chất giúp nhiên liệu dễ tự bc cháy.
- Đưng np chỉ có không khí nén nên không cần để ý đến vấn đề sấy
nóng, bay hơi ca nhiên liệu trên đưng np như động cơ xăng. Có thể dùng
đưng np có kích thước lớn ít gây cn và không cần sấy nóng với cấu to
đơn gin.
- Có thể hot động với hỗn hợp rất nht trong buồng cháy (do tính hoà
trộn không đều) nên có thể sử dụng cách điều chỉnh chất tc là chỉ điều chỉnh
lượng nhiên liệu cấp cho chu trình mà không điều chỉnh lượng không khí khi
cần thay đổi ti ca động cơ.
- Động cơ diesel có một mặt bất lợi (do tính chất hoà trộn không đều
to ra) là bị hn chế kh năng gim hệ s dư lượng không khí α (tc là không
thể sử dụng hết không khí thừa trong buồng cháy để đt thêm nhiên liệu) và

Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 12


kh năng nâng cao tc độ động cơ (do tc độ cháy ca hỗn hợp không đồng
nhất).
m ca h thng nhiên liu diesel c n
Nhược điểm ca hệ thng nhiên liệu động cơ diesel cổ điển là do độ trễ ca
các bộ phận, cụm chi tiết cơ khí nên không đáp ng kịp sự thay đổi ti ca động cơ.
Làm thi khói đen khi tăng tc, tiêu hao nhiên liệu nhiều và gây ra tiếng ồn lớn.
c tính t c
Ti một vị trí ca thanh răng bơm cao áp, biến thiên lượng nhiên liệu cấp cho
chu trình (lượng nhiên liệu ca một hành trình bơm) theo tc độ trục khuỷu được
gọi là đặc tính cung cấp ca bơm. Hành trình có ích ca bơm cao áp được xác định

theo kích thước hình học ca piston và xylanh bơm.
Trên thực tế nhiên liệu đi qua lỗ thoát, do có tổn thất lưu động nên thi gian
đầu ca quá trình cung cấp, áp suất nhiên liệu bên trong xylanh sẽ tăng lên sớm hơn
so với thi điểm đóng kín lỗ thoát theo kích thước hình học. Tương tự như trên thi
điểm kết thúc cấp nhiên liệu thực tế không xy ra cùng thi điểm m lỗ thông do g
rãnh nghiêng phía dưới thực hiện mà thưng muộn hơn.

Hình 2.1: Đặc tính tc độ bơm
Vì vậy hành trình cấp nhiên liệu thực tế thưng lớn hơn so với hành trình có
ích lý thuyết làm cho lượng nhiên liệu thực tế cấp cho chu trình thưng lớn hơn giá

Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 13


trị định lượng lý thuyết. Hiệu ng kể trên càng lớn nếu tc độ động cơ càng cao.
Các đặc tính A, B, C ca bơm (hình 2.1) tương ng với ba vị trí khác nhau ca
thanh răng bơm cao áp, biến thiên ca ba đặc tính ấy có xu hướng tương tự, tc là
càng tăng tc độ góc ca trục khuỷu (khi giữ không đổi vị trí thanh răng) càng làm
tăng lượng nhiên liệu chu trình.

Hình 2.2: nh hưng ca tc độ động cơ tới hệ s np 
v

Đặc tính cung cấp ca bơm cao áp cơ khí trái ngược với đặc tính về thay đổi
hệ s np
v

ca động cơ khi tăng tc độ trục khuỷu (càng tăng tc độ, hệ s np
v


càng gim).
Vì vậy nếu điều chỉnh hỗn hợp thích hợp  tc độ cao thì khi gim tc độ
động cơ, do nhiên liệu chu trình g
ct
gim và không khí np li tăng khiến hoà khí bị
nht đi làm gim công suất ca động cơ. Ngược li nếu điều chỉnh thích hợp  tc
độ thấp thì khi tăng tc sẽ làm cho hỗn hợp quá đậm gây cháy không hết. Chính vì
vậy trong hệ thng nhiên liệu trên động cơ diesel cổ điển thưng có thêm cơ cấu
hiệu chỉnh đặc tính cung cấp ca bơm, nhưng cũng không thể khắc phục hết nhược
điểm này.
c tính phun ca h thng phun nhiên liu ki

Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 14


Với hệ thng phun nhiên liệu kiểu cũ, do cấu to ca kim phun, sự phun
nhiên liệu dựa trên lực nén ca lò xo kim phun nên việc phun nhiên liệu chỉ có một
giai đon là giai đon phun chính (main injection phase), không có khi phun và
phun kết thúc. Trong hệ thng cũ, việc to ra áp suất và cung cấp lượng nhiên liệu
diễn ra song song với nhau. Điều này to ra các tác động xấu đến đưng đặc tính
phun như sau:
- Áp suất phun tăng đồng thi với tc độ và lượng nhiên liệu được phun.
- Sut quá trình phun, áp suất phun tăng lên và li gim xung theo áp lực
đóng ca ty kim  cui quá trình phun.

Hình 2.3: Đặc tính phun nhiên liệu
Hậu qu là:
- Khi phun với lượng nhiên liệu ít thì áp suất phun cũng nh và ngược li.

- Áp suất đỉnh cao gấp đôi áp suất phun trung bình.
Áp suất đỉnh quyết định ti trọng đặt lên các thành phần ca bơm và các thiết
bị dẫn động, nó còn nh hưng đến kh năng tự bc cháy và mc độ cháy sch ca
nhiên liệu.
Để gii quyết các nhược điểm nêu trên, các nhà sn xuất động cơ diesel đã
đưa ra nhiều biện pháp khác nhau để ci tiến kỹ thuật phun và tổ chc quá trình
cháy nhằm giới hn các chất ô nhiễm. Các biện pháp ch yếu tập trung vào gii
quyết các vấn đề:

Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 15


- Tăng tc độ phun để làm gim nồng độ bồ hóng do tăng tc hòa trộn nhiên
liệu, không khí.
- Tăng áp suất phun để nhiên liệu được tán nhuyễn giúp nó dễ cháy và cháy
sch hơn.
- Điều chỉnh dng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình
phun để làm gim HC.
- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí x ( EGR: Exhaust Gas Recirculation).
Và hiện nay, các nhược điểm ca hệ thng nhiên liệu Diesel đã được khắc
phục bằng sự ra đi ca hệ thng nhiên liệu điều khiển điện tử Common Rail. Hệ
thng này đã ci tiến các bộ phận như: Bơm cao áp, vòi phun, ng tích trữ nhiên
liệu áp suất cao, đồng thi điều khiển bằng điện tử.
m ca h thng phun dn t Common Rail
Nh hệ thng được điều khiển hoàn toàn bằng điện tử các chc năng như: áp
suất phun, thi điểm phun, s lần phun trong 1 chu kỳ nên động cơ ci thiện rất
nhiều về tính kinh tế nhiên liệu, chất lượng khí thi và đặc biệt hơn c là tính êm dịu
ca động cơ.
So với các hệ thng cung cấp nhiên liệu trên động cơ diesel cổ điển thì hệ

thng Common Rail đã đáp ng và gii quyết được những vấn đề:
- Gim ti đa mc độ tiếng ồn do áp dụng công nghệ phun 2 giai đon.
- Nhiên liệu được phun ra với áp suất rất cao nh kết hợp điều khiển điện tử,
áp suất phun có thể đt 200 MPa. Thi gian phun cực ngắn và tc độ phun cực
nhanh (khong 1,1 ms).
- Có thể thay đổi áp suất phun và thi điểm phun tùy theo chế độ làm việc
ca động cơ.
- Áp suất phun ổn định (không thay đổi trong khi phun, chất lượng phun
đồng đều nhau từ khi bắt đầu phun đến khi dt phun).
- Tiết kiệm nhiên liệu.
- Kiểm soát khí thi tt hơn nên gim mc ô nhiễm môi trưng.
- Định lượng nhiên liệu phun tùy thuộc vào chế độ hot động ca động cơ.

Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 16


- Điều chỉnh lượng nhiên liệu phun lúc khi động tùy thuộc nhiệt độ động
cơ.
- Điều khiển tc độ cầm chừng ti ưu hơn.
- Tăng tuổi thọ động cơ.
- ng dụng rộng rãi cho c xe du lịch, xe ti nặng, ti nhẹ, xe ch khách, tàu
lửa, tàu thy…
2.2. V trí ca hp EDU trong h thng nhiên liu Common Rail
Việc phun nhiên liệu nhiều giai đon phi đm bo được thi điểm và thi
gian phun chính xác cho từng giai đon phun. Để đáp ng nhu cầu này thì việc nhấc
kim phi thật nhanh.
Về cơ bn, việc nhấc kim phun ca động cơ Common Rail được điều khiển
bi sự đóng m ca van solenoid. Việc cấp điện cho van solenoid này được điều
khiển bi ECU và EDU. Khi van solenoid được cấp điện thì đót kim được nhấc lên,

nhiên liệu được phun ra. Khi van solenoid không được cấp điện thì đót kim đóng
kín lỗ dầu, kim ngưng phun. Lượng nhiên liệu phun ra sẽ tỷ lệ với độ dài ca xung
điều khiển m van solenoid và áp suất nhiên liệu. Yêu cầu m nhanh van solenoid
được đáp ng bằng việc sử dụng điện áp cao và dòng lớn.

Hình 2.4: Vị trí ca hộp EDU trong hệ thng nhiên liệu Common Rail

Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 17


Điện áp cao để điều khiển kim phun được to ra bi EDU. EDU là thiết bị
khuếch đi điện áp được lắp giữa ECU và kim phun nhiên liệu. EDU khuếch đi
điện áp ca accu và dựa trên cơ s các tín hiệu điều khiển ca ECU để kích hot
kim phun.
EDU làm nhiệm vụ khi động nhanh các vòi phun. EDU là thiết bị dùng điện
thế cao nh bộ chuyển đổi DC/DC để m các van từ với tc độ cao.
Các tín hiệu điều khiển :
- IJt#1 đến 4 : Đầu vào cho các tín hiệu khi động vòi phun từ ECU động cơ
- IJf : Đầu ra cho các tín hiệu kiểm tra khi động vòi phun (đến ECU động cơ)
- COM : Đầu ra cao áp để to ra dòng không đổi đến các vòi phun.
- IJ #1 đến 4 : Đầu ra để khi động các vòi phun.
- 1: Mch cao thế.
- 2: Mch điều khiển.

Hình 2.5: Sơ đồ mch điều khiển phun nhiên liệu
Thiết bị phát điện áp cao sẽ chuyển điện áp ắc quy thành điện áp cao cho ra
đầu COM ổn định và không đổi đến vòi phun. ECU nhận các tín hiệu từ các cm
biến truyền đến xử lý rồi truyền tín hiệu đến đầu ni B thông qua E ca EDU, mch
điều khiển EDU nhận tín hiệu này và xử lý truyền tín hiệu đến vòi phun từ đầu ni

H thông qua K, khi động vòi phun. Khi vòi phun khi động EDU sẽ truyền tín

Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 18


hiệu xác định phun IJf đến ECU thông qua F, ECU nhận tín hiệu này sẽ kết thúc
quá trình phun.
2.3. Kim phun c
a. Khi kim đóng.
b. Khi kim nhấc.
1. Đưng dầu về.
2. Giắc điện.
3. Van điện từ.
4. Đưng dầu vào (dầu có
áp suất cao từ ng rail).
5. Van bi.
6. Van x.
7. ng cấp dầu
8. Buồng dầu điều khiển.
9. Piston.
10. Đưng cấp dầu cho đầu
kim.
11. Đót kim.

Hình 2.6: Cấu to kim phun ca động cơ Common Rail
Theo hình 2.6, nhiên liệu từ đưng dầu đến kim và theo đưng ng dẫn sẽ đi
đến buồng điều khiển 8 thông qua lỗ np, buồng điều khiển được ni với đưng dầu
về thông qua lỗ x 6 được m bi van điện từ 3.
Kim phun m: Van điện từ được cung cấp điện với dòng kích lớn để bo

đm nó m nhanh. Lực tác dụng bi van điện từ lớn hơn lực lò xo lỗ x và làm m
lỗ x ra. Gần như tc thi, dòng điện cao được gim xung thành dòng nh hơn chỉ

Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
Trang 19


đ để to ra lực điện từ để giữ ty. Điều này thực hiện được là nh khe h mch từ
bây gi đã nh hơn. Khi van điện từ được cấp điện, lỗ x 6 được m ra. Điều này
làm cho áp suất  buồng điều khiển gim xung, kết qu là áp lực tác dụng lên
piston cũng gim theo. Khi áp lực dầu trên piston gim xung thấp hơn áp lực tác
dụng lên ty kim, thì ty kim m ra và nhiên liệu được phun vào buồng đt qua các lỗ
phun.
Kim phun đóng: Khi dòng qua van điện từ bị ngắt, lò xo đẩy van bi xung và
van bi đóng lỗ x li. Lỗ x đóng làm cho áp suất trong buồng dầu điều khiển 8 tăng
lên. Áp suất này tương đương với áp suất trong đưng dầu và làm tăng lực tác dụng
lên đỉnh piston điều khiển. Lực này cùng với lực ca lò xo bây gi cao hơn lực tác
dụng ca buồng cha và ty kim đóng li.
Như vậy, thi điểm phun và lượng nhiên liệu phun được điều chỉnh bằng
cách điều chỉnh dòng điện qua các van điện từ ca kim phun. Hay nói cách khác
việc điều khiển kim phun được thực hiện bằng cách điều khiển dòng điện qua cuộn
dây ca van điện từ trong kim.
u kim phun.
Thiết kế ca đầu phun được quyết định bi :
- Việc kiểm soát nhiên liệu phun ra (thi điểm và lượng nhiên liệu phun theo
góc độ trục cam).
- Việc điều khiển nhiên liệu (s lỗ tia, hình dng nhiên liệu phun ra và sự
phun tơi nhiên liệu, sự phân phi nhiên liệu trong buồng cháy, mc độ làm kín
buồng cháy).
Hiện nay có hai loi đầu phun dùng cho hệ thng Common Rail: Đầu phun lỗ

tia h và đầu phun lỗ tia kín. Lỗ tia phun được định vị nh vào hình nón phun. S
lượng lỗ tia và đưng kính ca chúng dựa vào:
- Lượng nhiên liệu phun ra.
- Hình dng buồng cháy.
- Sự xoáy lc trong buồng cháy.