- i -
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu
kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong các công trình nào khác! Hà Nội, tháng 9 năm 2014
TM TT HƯỚNG DẪN Nghiên cứu sinh
GS.TS Phạm Minh Tuấn Hồ Văn Đàm
Hồ Văn Đàm
- iii -
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii
MỞ ĐẦU 1
i.
Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 2
ii.
Phương pháp nghiên cứu 2
iii.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3
2.1. Bài toán tối ưu nhiều biến đa mục tiêu trong kỹ thuật 29
2.1.1. Bài toán tối ưu tổng quát 29
2.1.2. Phân loại các bài toán tối ưu 30
2.1.3. Nội dung lấy bộ dữ liệu chuẩn 38
2.2. Mô hình hệ thống nhiên liệu động cơ đốt trong 39
2.2.1. Miền làm việc của động cơ kéo máy công tác 39
2.2.2. Mô hình tối ưu tổng quát của HTNL động cơ diesel sử dụng trên phương tiện cơ giới 40
2.2.3. Các nội dung cần thực hiện khi xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho động cơ 43
2.3. Kết luận chương 2 46
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM ĐỂ TỐI ƯU CÁC THAM SỐ
TRONG QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG BỘ DỮ LIỆU CHUẨN 48
3.1. Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm 48
3.1.1. Vai trò của quy hoạch thực nghiệm trong nghiên cứu thử nghiệm 48
3.1.2. Đối tượng của quy hoạch thực nghiệm trong các ngành công nghiệp 49
3.1.3. Các phương pháp quy hoạch thực nghiệm 50
3.2. Phần mềm quy hoạch thực nghiệm DX6 61
4.3.1. Giới thiệu chung 71
4.3.2. Động cơ thử nghiệm 72
4.3.3. Băng thử động cơ 74
4.3.4. Hệ thống điều khiển băng thử 75
4.4. Quy trình và điều kiện thử nghiệm 77
4.4.1. Quy trình thử nghiệm 77
4.4.2. Điều kiện thử nghiệm 78
4.5. Tiến hành thử nghiệm và kết quả 78
4.5.1. Xây dựng đường đặc tính ngoài 78
4.5.2. Xây dựng đường đặc tính không tải 86
4.5.3. Xây dựng các đường đặc tính tải 92
4.5.4. Đánh giá độ tin cậy của kết quả 98
4.6. Kết luận chương 4 100
KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 101
Kết luận chung 101
Mô đun điều khiển động cơ (Engine Control Module)
-
HEUI
Hệ thống phun nhiên liệu điện tử thủy lực (Hydraulic Electronic
Unit Injector)
-
ANN Mạng nơ ron nhân tạo (Artificial Neural Network) -
AFR
Tỷ lệ không khí/nhiên liệu (Air Fuel Ratio)
-
MPC
Điều khiển theo mô hình dự báo phi tuyến (Model Predictive
Control)
-
RBF
Hàm cơ sở bán kính (Radial Basis Function)
-
HTNL Hệ thống nhiên liệu -
ĐKĐT Điều khiển điện tử -
ĐCĐT Động cơ đốt trong -
QHTT Quy hoạch tuyến tính -
QHPT Quy hoạch phi tuyến -
QHTN Quy hoạch thực nghiệm -
PTHQ Phương trình hồi quy -
QHTG Quy hoạch trực giao -
PUMA Phần mềm điều khiển băng thử động cơ -
INCA Phần mềm liên kết với ECU mở -
AMK Cụm phanh điện -
THA 100 Thiết bị điều khiển tải -
- vii -
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Độ rộng xung phun cơ bản (mili giây) theo tốc độ động cơ và tải 20
Bảng 1.2. Các hệ số xác định từ thông số đo từ cảm biến 21
Bảng 4.1. Bảng thông số kỹ thuật của băng thử 71
Bảng 4.2. Thông số kỹ thuật của động cơ AVL 5402 73
Bảng 4.3. Các điểm thử nghiệm tại tốc độ 3000 v/ph 80
Bảng 4.4. Các giá trị b
j
tại tốc độ 3000 v/ph 81
Bảng 4.5. Các điểm thử nghiệm tại tốc độ 2800 v/ph 83
Bảng 4.6. Các giá trị b
j
tại tốc độ 2800 v/ph 83
tối ưu sau khi nội suy 95
Bảng 4.18. Bộ thông số p
f
tối ưu sau khi nội suy 96
Bảng 4.19. M
e
tối ưu sau khi nội suy 97
Bảng 4.20. So sánh M
e
giữa tính toán và thực nghiệm 99 - viii -
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ chung một hệ thống điều khiển 4
Hình 1.2. Sơ đồ bố trí cảm biến lưu lượng khí nạp trong hệ thống EFI [11] 7
Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý chung của một hệ thống phun xăng điện tử [11] 7
Hình 2.4. Sơ đồ chia lưới-phân vùng làm việc của động cơ 44
Hình 2.5. Sơ đồ xác định các điểm khảo sát 45
Hình 2.6. Mô hình nội suy tuyến tính 46
Hình 3.1. Sơ đồ đối tượng nghiên cứu có và không có nhiễu [24, 26] 49
Hình 3.2. Mô hình đối tượng công nghệ MIMO (nhiều vào, nhiều ra) [24] 50
Hình 3.3. Màn hình giao diện chính của phần mềm DX6 62
Hình 3.4. Màn hình lựa chọn số yếu tố đầu vào và phương pháp quy hoạch thực nghiệm 62
Hình 3.5. Các bước thực hiện cơ bản trên phần mềm DX6 63
Hình 3.6. Lựa chọn hiển thị dạng điểm 63 - ix -
Hình 3.7. Kiểm tra sự phù hợp của mô hình theo chuẩn Fisher 63
Hình 3.8. Dạng phương trình hồi quy tìm được 64
Hình 3.9. Khảo sát giá trị của yếu tố đầu ra phụ thuộc các yếu tố đầu vào 64
Hình 3.10. Kết quả giải bài toán tối ưu 65
Hình 3.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí nạp lớn tới suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ [64] 66
Hình 3.12. Ảnh hưởng của các tham số điều chỉnh tới các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ
[65] 67
Hình 3.13. Ảnh hưởng của áp suất phun tới chiều dài tia phun và kích thước hạt nhiên liệu [65] - 68
Hình 3.14. Lưu đồ thuật toán các bước thực hiện bài toán QHTN TG cấp II 69
Hình 4.1. Sơ đồ bố trí thiết bị thử nghiệm 72
Hình 4.2. Mặt cắt dọc động cơdiesel 1 xy lanh AVL 5402 73
Hình 4.3. Mặt cắt ngang động cơ diesel 1 xy lanh AVL 5402 73
Hình 4.4. Động cơ diesel 1 xy lanh AVL 5402 74
Hình 4.5. Băng thử lắp động cơ diesel 1 xy lanh AVL 5402 tại Phòng thí nghiệm 74
Hình 4.6. Cấu trúc các FEM trong hệ thống PUMA 76
Hình 4.7. Sơ đồ kết nối của hệ thống INCA 77
Hình 4.8. Vùng làm việc của động cơ 77
Hình 4.21. Giá trị G
nl
thể hiện theo không gian ba chiều ở tốc độ 1200 v/ph 90
Hình 4.22. Bộ thông số tối ưu ở đường đặc tính không tải 92
Hình 4.23. Các điểm cơ sở trong bài toán quy hoạch 93
Hình 4.24. φ
s
tối ưu theo tốc độ và tải trọng động cơ 96
Hình 4.25. p
f
tối ưu theo tốc độ và tải trọng động cơ 97
Hình 4.26. M
e
tối ưu theo tốc độ và tải trọng động cơ 98
Hình 4.27. Đặc tính toàn tải theo QHTN và đo trên băng thử 99
1 MỞ ĐẦU
Tăng hiệu suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và thành phần độc hại của khí thải động cơ
cùng với nâng cao tuổi thọ và giảm giá thành là những thách thức lớn và cũng là nguồn
động lực cho việc phát triển các công nghệ mới trong ngành công nghiệp ôtô [35, 36]. Do
vậy, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học, một số lượng lớn các nhà khoa học đã
đầu tư rất nhiều thời gian, công sức tập trung nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới
xuất trong nước 50%. Cùng với yêu cầu khí thải của ô tô, xe mô tô theo Quyết định số
49/2011/QĐ-TTg ngày 1/9/2011 lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải đối với xe ô tô, xe mô
tô hai bánh sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới. Thực tế đó đòi hỏi phải chú trọng quan tâm
nghiên cứu - phát triển hơn nữa về ứng dụng điện tử trên động cơ hiện đại.
2 Động cơ diesel với ưu điểm có tính kinh tế cao chiếm tỷ lệ ngày càng lớn trong tổng
các loại động cơ. Động cơ diesel hiện nay ngày càng hiện đại với hệ thống nhiên liệu CR
(common rail) điều khiển điện tử được áp dụng rộng rãi từ động cơ cỡ lớn (tĩnh tại, tàu
thủy) đến cỡ trung (ôtô) và cỡ nhỏ (máy kéo, máy nông nghiệp, gia dụng…). Để từng bước
làm chủ công nghệ tiên tiến, trong thời gian qua nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống
nhiên liệu này đã được các nhà khoa học Việt Nam đầu tư nghiên cứu và đạt được những
thành công nhất định [1-6]. Tuy nhiên, các công trình này mới bước đầu đề cập đến phần
cứng mà chưa đề cập nhiều đến phần mềm của hệ thống điều khiển.
Đối với máy móc có điều khiển điện tử nói chung và động cơ đốt trong có hệ thống
nhiên liệu điện tử nói riêng đều có bộ điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit).
Trong hệ thống HTNL ĐKĐT thì ECU là bộ não điều khiển mọi hoạt động của hệ thống và
toàn bộ động cơ. Cơ sở để ECU hoạt động là bộ dữ liệu các tham số điều chỉnh được xây
dựng trong quá trình nghiên cứu-phát triển động cơ, gọi là bộ dữ liệu chuẩn, được tích hợp
trong ECU. Tuy nhiên, phương pháp xây dựng bộ dữ liệu chuẩn thường là bí quyết công
nghệ của nhà sản xuất nên không được công bố và rất khó tiếp cận và cũng
chưa có tài liệu
trên băng thử để tối ưu các tham số trong hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử động cơ
diesel.
iii. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Đây có thể coi là lần đầu tiên sử dụng phương pháp xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho
ECU của động cơ đốt trong ở Việt Nam. Luận án đưa ra một cách hệ thống về phương
pháp tối ưu hóa các tham số điều khiển trong hệ thống nhiên liệu có điều khiển điện tử của
động cơ.
Các kết quả của luận án có thể dùng làm tài liệu tham khảo trong việc nghiên cứu
phát triển động cơ có hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử. Hơn nữa các kết quả này có
thể sử dụng trong công tác đào tạo chuyên sâu về chuyên ngành động cơ đốt trong.
Trên cơ sở các kết quả đạt được của luận án, các nhà sản xuất và khai thác sẽ chủ
động trong sử dụng bảo dưỡng, thay thế phụ tùng các động cơ có hệ thống nhiên liệu điều
khiển bằng điện tử. Hơn nữa, luận án đóng góp bước đầu hướng tới cho việc chủ động tự
sản xuất bộ điều khiển điện tử cho động cơ đốt trong tương lai của ngành công nghiệp ôtô
Việt Nam.
iv. Các nội dung chính trong đề tài
Thuyết minh của luận án được trình bày gồm các phần như sau:
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan về xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU trên động cơ đốt
trong
Chương 2. Cơ sở lý thuyết xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU động cơ đốt trong
Chương 3. Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm để tối ưu các tham số trong quá trình
xây dựng bộ dữ liệu chuẩn
Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng bộ dữ liệu chuẩn trên động cơ diesel
AVL 5402
Kết luận chung và phương hướng phát triển
Một hệ thống điều khiển được thể hiện ở Hình 1.1, thường bao gồm ba thành phần cơ
bản là bộ điều khiển (ECU - Electronic Control Unit), đối tượng điều khiển (máy công tác)
và các cảm biến. Việc điều khiển hệ thống cần thực hiện thông qua các thông số đầu vào I,
còn ECU điều khiển máy công tác thông qua các thông số điều khiển và các tham số điều
chỉnh II. Để phục vụ cho việc điều khiển cần lấy các tín hiệu phản hồi từ máy công tác trở
về ECU thông qua các cảm biến. Các thông số đầu ra của hệ thống thể hiện trong nhóm III.
Hình 1.1. Sơ đồ chung một hệ thống điều khiển
5 Các thông số vào hệ thống thể hiện trong nhóm I (x
1
, x
2,…
x
n
) xác lập chế độ làm việc
của máy công tác, ví dụ như ở động cơ đốt trong là vị trí cơ cấu điều khiển nhiên liệu, mô
men cản… Các thông số điều khiển và điều chỉnh máy công tác được thể hiện trong nhóm
như khởi động, hâm nóng máy, tăng tốc… Đối với động cơ diesel cũng tương tự, từ vị trí
cơ cấu điều khiển nhiên liệu và tốc độ vòng quay, ECU tính ra lượng nhiên liệu chu trình
cơ bản g
ct
và cũng bổ sung thêm một lượng tùy thuộc vào các chế độ đặc biệt như trên [34,
40].
Bộ dữ liệu chuẩn điều chỉnh cần phải thiết lập trên máy thực ở các chế độ khác nhau
trong miền làm việc của nó và nạp vào ECU. Đối với động cơ đốt trong, việc này được tiến
hành trong phòng thí nghiệm trên băng thử động cơ trong quá trình nghiên cứu-phát triển.
Tuy nhiên hiện nay chưa có tại liệu nào nói về việc xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU.
Đây chính là đối tượng nghiên cứu của luận án.
Khi máy móc hoạt động (khi đó trong ECU đã có tất cả các dữ liệu cần thiết cho điều
khiển u
1
và điều chỉnh u
2
), từ các thông số xác lập chế độ làm việc, ECU tính toán ra u
1
.
Từ
các thông số vào và tín hiệu phản hồi qua các cảm biến thì ECU gọi ra và tính toán giá trị
các tham số điều chỉnh u
2
để điều hành hoạt động của máy. Việc này được thực hiện theo
lý thuyết nhận dạng của quá trình điều khiển [8].
Quá trình điều khiển trong hệ thống được thực hiện trên cơ sở một trong ba nguyên
tắc cơ bản sau: điều khiển theo sai lệch, điều khiển theo phương pháp bù nhiễu, điều khiển
theo sai lệch và bù nhiễu. Khi điều khiển theo sai lệch, tín hiệu ra được đưa vào so sánh
với tín hiệu vào nhằm tạo nên tín hiệu tác động lên đầu vào bộ điều khiển nhằm tạo tín
Hệ thống phun xăng điện tử có thể được phân loại theo số vòi phun (số điểm phun),
theo nguyên lý điều khiển quá trình phun, hay theo nguyên lý đo lưu lượng khí nạp…
Khi phân loại theo số vòi phun, có thể chia thành hệ thống phun xăng đơn điểm (SPI
- Single-Point Injection) và hệ thống phun xăng đa điểm (MPI - Multi-Point Injection). Hệ
thống phun xăng đơn điểm là hệ thống chỉ dùng một vòi phun trung tâm để phun xăng vào
đường nạp trước bướm ga và tạo thành khí hỗn hợp trên đường nạp. Hệ thống này được
dùng cho động cơ công suất nhỏ do cấu tạo đơn giản và giá thành thấp. Hệ thống phun
xăng đa điểm dùng nhiều vòi phun, mỗi xilanh được cung cấp nhiên liệu bởi một vòi phun
riêng biệt, xăng được phun vào đường nạp ở vị trí gần xupáp nạp hoặc phun xăng trực tiếp
vào buồng cháy. Hệ thống phun xăng đa điểm có nhiều ưu điểm như đạt tính kinh tế cao và
giảm thiểu ô nhiễm môi trường nên hiện nay được sử dụng trên hầu hết các dòng xe hiện
đại [9÷11].
Khi phân loại theo phương pháp đo lưu lượng khí nạp, có thể chia thành 2 loại: L-EFI
và D-EFI. L-EFI sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp để đo lượng không khí đi vào đường
ống nạp. Có hai phương pháp đo: loại thứ nhất đo trực tiếp khối lượng không khí nạp và
loại thứ hai tính toán khối lượng không khí nạp nhờ đo sự thay đổi về thể tích không khí
(cảm biến loại cánh trượt), nhiệt độ (cảm biến nhiệt điện trở), hay tần số xung (cảm biến
xoáy Karman) bên trong buồng đo. Trong khi đó, D-EFI dùng cảm biến đo áp suất chân 7 không trên đường ống nạp, qua đó tính toán khối lượng không khí nạp theo tỷ trọng của
không khí nạp bằng cảm biến áp suất tuyệt đối (MAP - Manifold Absolute Pressure). Các
sơ đồ bố trí cảm biến khí nạp được trình bày trên Hình 1.2.
1.1.2.2. Cấu trúc hệ thống phun xăng điện tử
a) Sơ đồ nguyên lý chung
Sơ đồ một hệ thống phun xăng điện tử điển hình như thể hiện trên Hình 1.3. Các bộ
phận chính trong hệ thống gồm có: ECU động cơ, các cảm biến (lưu lượng khí nạp, vị trí
phun nhiên liệu cơ bản được tính toán theo lượng khí nạp đo được và tốc độ động cơ. Thời
gian phun hiệu chỉnh dùng để hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun ở các chế độ làm việc khác
nhau của động cơ như khởi động, chạy ấm máy, tăng tốc, giảm tốc,… Lưu đồ thuật toán
điều khiển thời gian phun được thể hiện ở Hình 1.4. Các chế độ hiệu chỉnh phun có thể tóm
tắt như sau [10].
c) Chế độ khởi động
Để nâng cao khả năng khởi động, giúp
động cơ hoạt động ổn định trong một khoảng
thời gian nhất định sau khi khởi động thì hỗn
hợp cần được làm đậm. Do rất khó xác định
chính xác lượng khí nạp ở chế độ khởi động
và tốc độ động cơ thay đổi lớn nên ECU lấy
thời gian phun cơ bản (ứng với nhiệt độ động
cơ) cộng thêm thời gian hiệu chỉnh theo điện
áp ắc quy để tạo ra thời gian phun thực tế t
i
[10], thể hiện trên Hình 1.5.
Hình 1.4. Thuật toán điều khiển thời gian phun nhiên liệu [10] Hình 1.5. Hiệu chỉnh thời gian phun trong
quá trình khởi động
9 Tỷ lệ hòa khí ở chế độ này thường rất đậm (λ = 0,4 ÷ 0,8) tùy theo nhiệt độ động cơ.
tăng lên. Do đó cần hiệu chỉnh lượng
nhiên liệu phun tăng lên khi nhiệt độ
khí nạp thấp và ngược lại, thể hiện
trên Hình 1.7. Việc hiệu chỉnh này
được thực hiện với tín hiệu từ cảm
biến nhiệt độ khí nạp gửi về ECU.
Hình 1.6. Đặc tính hiệu chỉnh khi chạy ấm máy Hình 1.7. Đặc tính hiệu chỉnh lượng nhiên
liệu phun theo nhiệt độ khí nạp 10 g) Chế độ tăng tốc
Ở chế độ tăng tốc, đặc biệt khi bắt đầu tăng tốc, hòa khí quá nhạt do nhiên liệu chưa
kịp bổ sung trong khi lượng khí nạp tăng nhanh do bướm ga thay đổi đột ngột. Vì vậy, để
động cơ có thể tăng tốc tốt thì cần phải tăng lượng nhiên liệu phun (thời gian phun) tương
ứng với lượng không khí nạp, thể hiện trên Hình 1.8. Mức độ tăng tốc được xác định bằng
tốc độ thay đổi độ mở bướm ga. Lượng hiệu chỉnh sẽ tăng lên nhanh khi mới tăng tốc và
sau đó giảm dần cho đến khi quá trình tăng tốc kết thúc, tăng tốc càng nhanh thì lượng
nhiên liệu phun nhiên liệu càng lớn.
f) Chế độ tải cao
Khi bướm ga mở lớn hơn 50° ÷ 60° so với vị trí đóng, nghĩa là động cơ hoạt động ở
chế độ tải lớn đến toàn tải thì lượng nhiên liệu phun cần phải được tăng lên. Do vậy, ECU
sẽ thu nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga để nhận biết độ mở của bướm ga và quyết
khoảng thời gian trễ nhỏ từ khi gửi tín hiệu cho đến khi vòi phun mở. Thời gian trễ sẽ tăng
khi điện áp ac-qui giảm và như vậy thời gian phun thực tế giảm, hỗn hợp sẽ nhạt hơn. Do
vậy thời gian phun phải được hiệu chỉnh thêm, thể hiện trên Hình 1.10.
l) Hiệu chỉnh tỷ lệ nhiên liệu theo tín hiệu phản hồi
ECU hiệu chỉnh khoảng thời gian phun dựa trên các tín hiệu từ cảm biến ôxy (cảm
biến λ) nhằm duy trì tỷ lệ hỗn hợp trong khoảng hẹp gần với tỷ lệ hòa khí lý thuyết, để bộ
xúc tác khí thải ba thành phần hoạt động với hiệu suất cao. ECU nhận tín hiệu từ cảm biến
lambda và hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun nhiên liệu cho phù hợp, thể hiện ở Hình 1.11.
Hiệu chỉnh phản hồi không được thực hiện ở các chế độ như khi cắt nhiên liệu, trong
khi khởi động, quá trình làm đậm hỗn hợp sau khi khởi động, quá trình làm đậm khi tăng
tốc và khi nhiệt độ động cơ dưới mức quy định.
điều khiển góc phun sớm của động cơ Mitsubishi 6D1 [14].
1. Công tắc khởi động; 2. Hộp cầu chì và rơ le; 3. Công tắc chẩn đoán; 4. Công tắc xoá mã
lỗi; 5. Đầu nối chẩn đoán; 6. Máy phát điện; 7. Cảm biến nhiệt độ nước; 8. Mô tơ bước; 9. Cảm
biến vị trí thanh răng; 10. Cảm biến tốc độ động cơ; 11. Bộ điều chỉnh thời điểm phun kiểu cơ khí;
12. Bơm cao áp; 13. Bộ điều tốc cơ khí; 14. Bảng đồng hồ; 15. Đèn báo chẩn đoán; 16. Đồng hồ
tốc độ; 17. Khối điều khiển điện tử.
A. Tín hiệu khởi động; B. Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát; C. Tín hiệu đầu cuối máy phát;
D. Tín hiệu vòng quay động cơ; E. Tín hiệu vị trí thanh răng; F. Tín hiệu vị trí bắt đầu cấp nhiên
liệu; G. Tín hiệu kích hoạt mô tơ bước; H. Tín hiệu đèn check; J. Tín hiệu đồng hồ tốc độ; L. Tín
hiệu xoá mã lỗi; K. Tín hiệu chẩn đoán.Hình 1.12. Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ Mitsubishi 6D1
13 Mô-tơ bước (8) làm dịch chuyển bạc xả được điều khiển tự động nhờ bộ điều khiển
1. Mô tơ bước; 2. Trục xoay; 3. Xy lanh;
4. Bạc xả; 5. Lỗ xả; 6. Piston; 7. Lỗ nạp;
8. Đường dầu; 9. Chốt gạt.
14 1.1.3.3. Hệ thống điều khiển trên cụm bơm - vòi phun
Sơ đồ hệ thống nhiên liệu kiểu cụm bơm - vòi phun trên xe Caterpillar 3406E thể hiện
trên Hình 1.15. Hệ thống này kết hợp giữa điều khiển bằng cơ khí và điều khiển bằng điện
tử các tổ bơm - vòi phun liền khối bố trí trên từng xilanh động cơ. Phần truyền động cơ khí
thực hiện nhiệm vụ nén pít tông bơm cao áp (8), gồm các bộ phận: trục cam (1), con đội
con lăn (2), đũa đẩy (4), đòn bẩy (6). Hệ thống điều khiển điện tử với module điều khiển
động cơ (ECM - Engine Control Module) sẽ cấp tín hiệu ra điều khiển van điện từ (7) thực
hiện cấp nhiên liệu từ bơm cao áp xuống vòi phun.
Nguyên lý hoạt động của bơm như sau: Van điện từ (11) có tác dụng chặn hoặc mở
thông đường dầu cao áp trong bơm pít tông (3) với đường dầu thấp áp (10). Khi bơm cao
áp được cam nén xuống, ECM sẽ điều khiển van (11) đóng, do đó nhiên liệu cao áp sẽ theo
đường dẫn xuống vòi phun (6) và phun vào xilanh. Khi van (11) được ECM điều khiển
mở, nhiên liệu cao áp sẽ qua van về đường (10), quá trình phun kết thúc. Như vậy thời
điểm bắt đầu phun được quyết định bởi thời điểm đóng van, thời gian đóng van dài hay
ngắn sẽ cho phép luợng nhiên liệu phun vào xilanh là nhiều hay ít. Căn cứ vào thông tin
thu nhận từ các cảm biến, bộ ECM sẽ điều khiển van đóng mở hợp lý, cho phép động cơ
làm việc một cách tối ưu.
bản của hệ thống này với hệ thống bơm - vòi phun đã mô tả ở trên là sử dụng dầu bôi trơn
có áp suất cao (dầu kích hoạt) để nén pít tông bơm cao áp, đưa nhiên liệu qua vòi phun,
phun vào xilanh động cơ. Việc thay đổi thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu cũng như lượng
nhiên liệu phun được quyết định bởi thời điểm và thời gian mở van đưa dầu vào nén pít
tông bơm cao áp. Sơ đồ hệ thống HEUI thể hiện trên Hình 1.16.
Kết cấu và nguyên tắc hoạt động của các cụm trong hệ thống HEUI như sau:
- Cụm dầu kích hoạt bơm phun: Dầu máy từ các te 1, qua bộ lọc và làm mát 2, vào
bơm dầu tăng áp 3. Dầu qua bơm có áp suất cao (dầu kích hoạt), được đưa tới đường ống 6
và chờ sẵn trước cửa van dầu của từng bơm phun 8.
- ECM 5 điều khiển mở van dầu, dầu kích hoạt sẽ nén pít tông bơm nhiên liệu phun
vào xy lanh. Áp suất dầu kích hoạt được đo bằng cảm biến áp suất 4 và được điều chỉnh
bởi một van xả nằm trong khối bơm dầu 3.
Cụm cung cấp nhiên liệu thấp áp: Trên cụm bơm 3 có gắn bơm nhiên liệu thấp áp để
hút nhiên liệu từ thùng 9; Nhiên liệu qua bộ lọc tinh và tách hơi 7 đi đến đường dầu vào
của các bơm phun 8, sau đó trở về thùng dầu.
Cụm bơm cao áp - vòi phun: Đây là loại bơm cao áp kiểu bơm vòi phun liền khối,
mỗi xilanh có một bơm phun.
Hệ thống điều khiển điện tử ECM: Thông tin đầu vào ECM lấy từ các cảm biến: vị trí
chân ga, tốc độ động cơ, điểm chết trên máy 1, áp suất khí tăng áp, áp suất dầu kích hoạt,
áp suất nhiên liệu, áp suất khí quyển, nhiệt độ dầu, nhiệt độ nhiên liệu, nhiệt độ khí nạp,
nhiệt độ làm mát, mức dung dịch làm mát. Thông tin đầu ra ECM điều khiển các bộ phận:
van xả trên đường dầu kích hoạt, van đưa dầu kích hoạt vào các bơm vòi phun, công tắc tắt
máy, bộ điều khiển chạy chậm, điều khiển quạt gió làm mát, bộ sấy nóng nước làm mát khi
trời lạnh, đèn báo nguy, đèn chẩn đoán. Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử HEUI cho trên
Hình 1.17 [14].
Hình 1.16. Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu thủy lực điện tử HEUI
1. Các te dầu; 2. Bình lọc dầu; 3. Khối bơm dầu và bơm nhiên liệu; 4. Cảm biến áp suất dầu;
Hình 1.18. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu tích áp Hình 1.17. Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử HEUI [14]
Copyright: Tài liệu đại học ©