Hoà khí động cơ Diesel (Phần 4: Phun dầu điện tử)

Các hệ thống này có những nhiệm vụ sau:

Cung cấp áp suất phun cần thiết

Phun lượng nhiên liệu cần thiết (điều chỉnh lượng)

Chỉnh thời điểm bắt đầu phun cần thiết (điều chỉnh thời điểm bắt đầu phun)

Để đáp ứng các giới hạn phát thải ô nhiễm ngày càng khắt khe hơn đối với động cơ diesel, các hệ thống phun dầu điều chỉnh điện tử hiện đại luôn phun với áp suất cao hơn và chính xác hơn. Các bơm phun nối tiếp và bơm phun phân phối điều chỉnh cơ khí không thể đáp ứng các yêu cầu đặt ra và vì vậy chúng gần như biến mất trên thị trường. Thay thế cho hệ thống phun cơ khí và hệ thống dùng ống phân phối chung điều khiển điện tử.

Hệ thống phun cơ khí trong tiếng Đức là Pumpe-Düse Injector (Viết tắt là PD-Injector) hoy Unit pump (UP) trong tiếng Anh.

Hệ thống phun dùng ống phân phối chung là Common-Rail Injection (hay CR-Injection)

Điều chỉnh điện tử ở động cơ Diesel (EDC)

Thời điểm phun và lượng nhiên liệu phun được điều chỉnh chính xác bằng hệ thống phun dầu điện tử sử dụng các biểu đồ đặc trưng (EDC = Electronic Diesel Control).

Những ưu điểm của một hệ thống phun dầu điện tử điều chỉnh bằng biểu đồ đặc trưng

Đảm bảo trị số giới hạn khí thải khắt khe
Giảm tiêu thụ nhiên liệu
Tối ưu hóa mô-men xoắn và công suất
Tăng tốc độ đáp ứng
Giảm tiếng ồn của động cơ
Tối ưu hóa tính năng chạy êm
Dễ dàng trang bị thêm bộ phận ga tự động
Dễ dàng thích ứng tính năng của một kiểu động cơ cho nhiều ô tô khác nhau

Cấu tạo

Hệ thống EDC gồm:

Các cảm biến: Ghi nhận các số liệu về tình trạng vận hành như tải, tốc độ quay, nhiệt độ động cơ, áp suất khí nén, cũng như các điều kiện môi trường như nhiệt độ không khí nạp và áp suất không khí.
ECU: Đây là một bộ vi tính dựa trên thông tin về tình trạng vận hành, môi trường xung quanh và các biểu đồ đặc trưng trong bộ nhớ để xác định lượng nhiên liệu phun, thời điểm bắt đầu phun và khi cần, điều chỉnh lượng khí thải hồi lưu (EGR) và áp suất khí nén. Các phần tử chấp hành. Các phần tử này tác động đến hoạt động của hệ thống phun dầu, hệ thống hồi lưu khí thải và hệ thống tăng áp.

Chức năng của ECU dựa trên biểu đồ đặc trưng

Các đại lượng điều khiển: Từ 2 đại lượng điều khiển chính là tải và vòng tua động cơ, ECU xác định thời điểm bắt đầu phun cơ bản và một lượng phun cơ bản dựa vào các biểu đồ đặc trưng (lập trình sẵn). Tín hiệu tải được lấy từ cảm biến vị trí bàn đạp ga và tín hiệu tốc độ quay được lấy từ cảm biến tốc độ quay ở trục khuỷu.

Các đại lượng hiệu chỉnh: Thời gian phun cơ bản (xác định lượng phun cơ bản) tiếp tục được hiệu chỉnh tối ưu tương ứng với chế độ vận hành hiện thời và điều kiện môi trường. ECU lưu giữ thêm các biểu đồ đặc trưng cho mỗi đại lượng hiệu chỉnh tương ứng, thí dụ như các biểu đồ đặc trưng theo:

Nhiệt độ động cơ
Nhiệt độ nhiên liệu
Áp suất nạp
Nhiệt độ không khí nạp

So sánh trị số mong muốn và trị số thực tế: Các cảm biến thông báo cho ECU xem những tác động điều chỉnh đã đủ chưa. ECU dựa trên thông tin phản hồi từ cảm biến để điều chỉnh phần tử chấp hành đạt trị số mong muốn.

Các chức năng đặc biệt

EDC có thể được lắp thêm những chức năng sau trên ô tô:

Điều chỉnh tốc độ không tải: Để giảm phát thải ô nhiễm và tiêu thụ nhiên liệu, tốc độ không tải cần được điều chỉnh ổn định ở mức thấp nhất có thể, không phụ thuộc vào các đòi hỏi về mô-men, thí dụ như của máy điều hòa và máy phát điện.
Cắt nhiên liệu khi thả trôi: Ở chế độ thả trôi, thí dụ khi xuống dốc, lượng nhiên liệu phun được giảm xuống bằng không.
Điều chỉnh chạy êm: Hao mòn khi sử dụng và dung sai sản xuất có thể là những nguyên nhân làm cho các xy-lanh của một động cơ không tạo ra mô-men xoắn bằng nhau dù được phun cùng một lượng nhiên liệu như nhau. Do đó trục khuỷu quay nhanh chậm khác nhau tại mỗi xy-lanh, làm giảm độ êm dịu của động cơ và tăng phát thải ô nhiễm. ECU sử dụng thông tin từ cảm biến tốc độ quay để xác định gia tốc tức thời của trục khuỷu, và cân bằng nó bằng cách hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun thích hợp cho từng xy-lanh.

Chống rung giật chủ động: Khi mô-men tải bất ngờ thay đổi, thí dụ như lúc bắt đầu khởi hành, sự thay đổi mô-men xoắn của động cơ gây ra dao động trong hệ thống truyền động của xe và dẫn đến rung giật. ECU nhận biết độ rung này dựa vào sự dao động của tốc độ quay động cơ và chủ động giảm bớt rung động bằng cách giảm lượng nhiên liệu phun nếu tốc độ tăng và ngược lại.

Đáp ứng yêu cầu mô-men từ hệ thống khác: Thời gian phun còn phụ thuộc vào yêu cầu từ các bộ điều khiển khác của ô tô, thí dụ như từ các hệ thống hộp số tự động, hệ thống chống trượt (ASR), hệ thống cân bằng điện tử (ESP). Không phụ thuộc vào mong muốn của người lái xe, các hệ thống này thông báo qua bus dữ liệu cho ECU động cơ để điều chỉnh tăng giảm mô-men xoắn của động cơ cho phù hợp.
Khóa chống trộm: Để ngăn cản xe bị khởi động và chạy trái phép, sau khi bộ đọc điện tử kiểm tra xác nhận đúng chìa khóa của xe, ECU động cơ mới cho phép khởi động.
Cruise Control: Chức năng này cho phép điều chỉnh ổn định tốc độ xe ở trị số mong muốn bằng cách tăng giảm lượng nhiên liệu phun tương ứng với sai lệch giữa tốc độ mong muốn và tốc độ thực tế của xe.
Hiệu chỉnh theo độ cao: Khi đi lên cao thì áp suất khí quyển giảm và lượng oxy hút vào xy-lanh giảm theo. Khói đen phát thải ra từ đó được điều hòa bằng cách tăng áp suất khí nén hoặc giảm lượng nhiên liệu phun. Áp suất khí quyển được đo bởi cảm biến áp suất môi trường trong ECU và cũng có ảnh hưởng đến sự giới hạn mô-men xoắn.
Điều chỉnh chống vượt tốc: Điều chỉnh này có nhiệm vụ bảo vệ động cơ tránh chạy quá tốc. Lượng nhiên liệu phun vào được giảm thật nhẹ để ngăn cản việc đột ngột tắt động cơ khi gia tốc.
Khả năng tự chẩn đoán: ECU liên tục kiểm tra các tín hiệu vào và ra. Các sự cố nhận biết được sẽ được lưu giữ trong ECU và nếu cần thiết thì thông báo cho người lái qua một thiết bị hiển thị.
Chức năng giới hạn mô-men xoắn: Mô-men xoắn tối đa được giới hạn để bảo vệ các chi tiết dẫn động. Qua đó, các đường biểu diễn mô-men không có các đỉnh cực đại mà chỉ là một mô-men không đổi trong một dải tốc độ quay động cơ lớn.