CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Lý do thực hiện đề tài Ngành ô tô thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang phát triển mạnh mẽ với việc ứng dụng ngày càng nhiều những thành tựu công nghệ và điện tử vào sản xuất ô tô. Cùng với sự phát triển về vận tải, điều kiện đường xá phát triển, các tuyến đường cao tốc Bắc - Nam ngày càng được xây dựng để thúc đẩy việc giao lưu hàng hoá, các dịch vụ vận tải đường bộ như xe tải, xe buýt từ đó ngày một nhiều. Do có hiệu suất cao hơn, chi phí vận hành thấp hơn và dễ dàng bảo dưỡng nên xe chạy bằng động cơ Diesel thích hợp cho việc vận tải hàng hoá nặng trên các tuyến đường và địa hình khó khăn hơn.
Tuy nhiên, động cơ Diesel cũng gây ra các vấn đề về khí thải làm ô nhiễm môi trường nhưng vì tầm ảnh hưởng của động cơ Diesel là rất lớn đối với sự phát triển kinh tế, cơ sở hạ tầng và thương mại hàng hoá nên các chuyên gia đã nỗ lực nghiên cứu và phát triển các phương pháp để cải thiện và đạt được các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về khí thải. Do đó, điều này làm cho việc áp dụng hệ thống phun dầu điện tử trên động cơ Diesel được phát triển và phổ biến ngày càng rộng hơn. Hiện nay, hệ thống điều khiển điện tử trên xe được coi là tiêu chí chính để đánh giá một chiếc xe hiện đại và là một hệ thống quan trọng khi xe vận hành trên đường, nhằm đảm bảo tính kinh tế của xe, tính an toàn cho người lái và giảm bớt các vấn đề về khí thải gây ô nhiễm môi trường mà các tiêu chuẩn quốc tế đặt ra. Nghiên cứu về hệ thống phun dầu điện tử trên ô tô giúp người đọc hiểu rõ hơn về các công nghệ mới, tiên tiến đồng thời hiểu được những hạn chế của chúng.
Ngoài ra, nghiên cứu về hệ thống phun dầu điện tử còn là một đề tài thú vị có thể giúp người đọc có thêm kiến thức về các hệ thống cung cấp nhiên liệu, chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ một cách hiệu quả hơn. Xuất phát từ những lý do trên, nhóm em đã lựa chọn đề tài: “NGHIÊN CỨU VÀ CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL” để tìm hiểu, nghiên cứu và định hướng phát triển trong tương lai. Mục tiêu Tìm hiểu cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động của các hệ thống phun dầu điện tử ngày nay. Nghiên cứu về quy trình chung khi tiếp nhận hư hỏng và xử lí dựa vào các triệu chứng khác nhau trên hệ thống.
Phân tích một số tín hiệu của các cảm biến và bộ phận 1 chấp hành quan trọng trên động cơ Diesel. Qua đó cung cấp cho người đọc và các bạn sinh viên những tài liệu, kiến thức về chẩn đoán và sửa chữa động cơ Diesel phun dầu điện tử. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu lịch sử hình thành, cơ sở lý thuyết, nguyên lý làm việc và đặc điểm của các hệ thống phun dầu điều khiển bằng điện tử trên động cơ Diesel, các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống và cách sử dụng máy đo xung chuyên dụng để kiểm tra và phân tích. Phương pháp nghiên cứu Nhóm đã kết hợp nhiều phương pháp để thực hiện đề tài bao gồm tham khảo, tra cứu và thu thập tài liệu thông qua sách vở, tài liệu động cơ Diesel điều khiển điện tử, điện động cơ, đọc dịch tài liệu trong và ngoài nước có liên quan về chủ đề.
Tham khảo thêm kiến thức từ thầy hướng dẫn và những người có kinh nghiệm chuyên môn, … Tổng hợp và phân tích tài liệu, thực hiện việc nghiên cứu. Nội dung thực hiện - Tìm kiếm tài liệu - Đọc và tham khảo tài liệu - Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống phun dầu điện tử - Tìm hiểu về quy trình chung chẩn đoán các triệu chứng trên hệ thống phun dầu điện tử - Đo đạc và kiểm tra các tín hiệu bằng máy đo xung - Phân tích, so sánh các tín hiệu bằng phần mềm và thiết bị đo xung chuyên dụng - Viết bài thuyết minh 6. Bố cục của đồ án tốt nghiệp - Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Tổng quan về hệ thống phun dầu điện tử - Chương 3: Các hệ thống phun dầu điều khiển bằng điện tử - Chương 4: Quy trình chung chẩn đoán lỗi trên hệ thống phun dầu điện tử - Chương 5: Phân tích tín hiệu trên hệ thống phun dầu điện tử - Chương 6: Kết luận và kiến nghị 2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ 2.1 Đặc điểm làm việc của động cơ Diesel - Tự cháy: quá trình nén gần như đoạn nhiệt, nhiên liệu bốc cháy mà không cần thiết bị đánh lửa nào. - Sự hình thành hỗn hợp bên trong buồng đốt: hỗn hợp nhiên liệu được trộn trực tiếp trong buồng đốt.
- Điều chỉnh thay đổi tốc độ động cơ bằng lượng nhiên liệu phun: thay vì kiểm soát hỗn hợp nhiên liệu-không khí, mô-men xoắn sinh ra được quyết định bằng khối lượng nhiên liệu được phun và luôn luôn trộn với càng nhiều không khí càng tốt. - Tỷ lệ không khí cao: do động cơ luôn chạy với không khí nhiều nhất có thể và không phụ thuộc vào hỗn hợp chính xác của không khí và nhiên liệu, động cơ Diesel có không khí tỷ lệ nhiên liệu nghèo hơn so với động cơ xăng.2 Sự hình thành và phát triển của hệ thống nhiên liệu điện tử Động cơ Diesel đã được phát minh vào năm 1892 do Rudolf Diesel, hoạt động dựa trên nguyên lý tự cháy. Trong những năm sau đó, vào năm 1927, công nghệ bơm cao áp được phát triển bởi Robert Bosch, làm cho việc sử dụng động cơ Diesel trên các phương tiện ô tô, xe tải trở nên phổ biến hơn.1 Hệ thống bơm cao áp trên động cơ Diesel qua các thời kì Khi động cơ Diesel đầu tiên được phát minh, chưa có hệ thống phun nhiên liệu chuẩn và mỗi nhà sản xuất động cơ phải tự chế tạo hệ thống của riêng mình. Động cơ đầu 3 tiên của Rudolf Diesel sử dụng hệ thống đưa khí nén vào trong xi lanh, trong đó nhiên liệu được phun vào xi lanh bằng khí nén, giúp hòa trộn với không khí trong động cơ.
Ngày nay, các hệ thống bơm cao áp cơ khí vẫn còn được sử dụng trên các xe đời thấp. Trong đó, hệ thống điều khiển để quyết định tốc độ phun nhiên liệu, lượng nhiên liệu được phun, thời điểm phun đều là các cơ cấu bằng cơ khí như bộ điều tốc phụ thuộc vào tốc độ động cơ và lực căng của lò xo hay bộ phun dầu sớm được điều chỉnh khi áp lực nhiên liệu trong khoang bơm thay đổi. Hệ thống bơm cao áp cơ khí có các loại gồm: - Hệ thống bơm cao áp PF - Hệ thống bơm cao áp PE - Hệ thống bơm cao áp phân phối VE, GM Những chi tiết cơ khí của cơ cấu điều khiển trong các hệ thống này quyết định những điều kiện hoạt động của động cơ có thể ổn định hay không và lượng khí thải nhiều hay ít. Mà qua thời gian hoạt động, những chi tiết này cũng gặp những vấn đề hư hỏng mà phải cần phải có kiến thức và kinh nghiệm mới có thể sửa.
Hệ thống bơm cao áp cơ khí còn phụ thuộc vào các cơ cấu dẫn động máy bơm làm cho hệ thống kém hiệu quả khi cung cấp nhiên liệu trong các chế độ làm việc của động cơ và làm hạn chế công suất của động cơ. Được ra đời sớm nhưng động cơ Diesel vẫn còn phải đối mặt với nhiều thách thức, như tiếng ồn và khí thải gây ô nhiễm, làm cho chúng ít phát triển hơn so với động cơ xăng. Tiếng ồn của động cơ Diesel do nhiên liệu Diesel bốc cháy đột ngột khi phun vào buồng đốt, gây ra sóng áp suất nghe như tiếng gõ. Động cơ Diesel còn thải ra các sản phẩm cháy bao gồm NOx và muội than, … mà các hạt khí thải này có thể gây tổn thương cho sức khỏe con người, được xếp loại là chất gây ung thư hoặc có thể gây ung thư và có thể tăng nguy cơ mắc các bệnh tim và hô hấp.
Tuy nhiên, qua hơn một thế kỷ, hệ thống nhiên liệu Diesel liên tục được cải tiến với các giải pháp kỹ thuật nhằm giảm ô nhiễm và tiêu hao nhiên liệu. Các biện pháp này bao gồm giảm tiếng kêu của động cơ thông qua: tăng tốc độ phun nhiên liệu, tăng áp suất phun, điều chỉnh dạng phun, tỉ lệ phun, thời điểm phun, tỷ lệ nén. Điển hình, hệ thống phun Diesel Common Rail cho phép phun nhiều lần nhằm hỗ trợ giảm tiếng ồn. Thông qua các biện pháp như vậy, tiếng ồn của động cơ Diesel sẽ giảm đáng kể ở các động cơ hiện đại.
Các nhà khoa học cũng nhận ra khoảng 90% các khí có thể gây ung thư trong sản phẩm cháy 4 của động cơ có thể được loại bỏ bằng công nghệ xử lý khí thải như áp dụng hệ thống tuần hoàn khí thải (EGR) và bộ chuyển đổi xúc tác Catalyst. Ngày nay, những nhược điểm trên đã được khắc phục thông qua biện pháp cải tiến của các bộ phận trong hệ thống nhiên liệu Diesel qua hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển bằng điện tử để làm: - Tăng công suất động cơ - Cung cấp nhiên liệu ổn định và hiệu quả - Giảm mức tiêu thụ nhiên liệu - Cải thiện lượng khí thải - Khởi động nhanh hơn - Giảm chi phí bảo trì - Tăng tuổi thọ. Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common-rail Diesel, được giới thiệu vào năm 1986 bởi Bosch, đã đạt được sự hoàn thiện. Vào năm 1995 với sự ra đời của hệ thống ECD-U2 của Denso trên xe tải Hino.
Năm 1999, Bosch đã giới thiệu hệ thống Common-rail trên xe khách. Ngay sau đó, kim phun Common-rail được điều khiển bằng điện tử đầu tiên đã được Siemens (nay là Continental) giới thiệu. So với các hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel cơ khí thông thường thì hệ thống Common-rail Diesel đã đáp ứng các tiêu chuẩn mới về tính kinh tế, vấn đề khí thải và những vấn đề khác như: - Giảm tối đa tiếng ồn của động cơ khi hoạt động và nâng cao công suất động cơ. - Nhiên liệu được phun ra với áp suất rất cao trên từng tốc độ động cơ nhờ hệ thống điều khiển điện tử, áp suất phun có thể đạt tới 200 MPa.
- Tốc độ phun cực nhanh vì thời gian phun cực ngắn với nhiều lần phun (khoảng 1,1 ms). - Có thể thay đổi áp suất phun, thời điểm phun tùy theo chế độ làm việc của động cơ.