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

Nội dung text: Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail

1. Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO EDU CHO HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON RAIL RESEARCH, FABRICATE AN ELECTRONIC DRIVE UNIT (EDU) FOR COMMON RAIL DIESEL INJECTION SYSTEM PGS.TS Đỗ Văn Dũng Nguyễn Minh Đăng Tóm tắt Mọi hệ thống phun dầu điện tử Common Rail đều có một hộp nâng áp (EDU) nhằm mục đích điều khiển nhấc, đóng nhanh kim phun với điện áp cao. Bài báo này trình bày việc chế tạo một hộp EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail. Các kết quả kiểm định chứng tỏ EDU đã được chế tạo thành công. Abstract Every Common Rail diesel injection system has a DC – DC converter to provide high voltage for opening the injector valve more quickly. This paper presents the fabrication of an Electronic Drive Unit (EDU) for Common Rail diesel injection system. The results demonstrate EDU was successfully fabricated. 1. Giới thiệu 1.1. Mục tiêu Trên động cơ phun dầu điện tử 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. Ở 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 EDU (Electronic Drive Unit) nhằm mục đích nâng điện áp nhấc kim lên khoảng 80 - 150V được đặt ra. 1.2. Sơ đồ khối Các khối cơ bản cấu thành một hộp EDU được trình bày trên hình 1. Mạch điều khiển có chức năng nhận tín hiệu từ ECU và điều khiển cấp điện cho kim phun. Biến áp xung có nhiệm vụ tạo ra điện một chiều cao áp từ 80 – 150 V để khởi động nhanh kim phun. Sau khi kim phun được nhấc, dòng điện 12 V được cấp đến để giữ kim phun. Trang 1
2. Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail Hình 1: Sơ đồ khối hộp EDU 1.3. Thông số kỹ thuật Điện áp cấp vào: 10 – 14 V DC Điện áp đầu ra: 80 – 150 V DC Tín hiệu điều khiển: dạng xung vuông như hình 2. Tín hiệu phản hồi: dạng xung vuông như hình 3. Hình 2: Tín hiệu điều khiển từ ECU (IJT) Hình 3: Tín hiệu phản hồi từ EDU về ECU (IJF) Trang 2
3. Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail 2. Tính toán, chế tạo EDU 2.1. Chế tạo biến áp xung Hình 4: Sơ đồ nguyên lý nguồn xung Điện áp đầu ra phụ thuộc vào sự điều biến độ rộng xung và giá trị cuộn cảm L. Khi công tắc đóng (MOSFET dẫn) thì dòng điện trong cuộn cảm tăng lên rất nhanh, dòng điện sẽ qua cuộn cảm qua công tắc và về mass. Dòng điện không qua đi-ốt và tụ phóng điện cung cấp cho tải. Khi công tắc hở (MOSFET ngưng dẫn) thì lúc này điện áp đầu vào cùng với điện áp ở cuộn cảm sẽ đi qua đi-ốt cấp cho tải và đồng thời nạp cho tụ điện. Lúc này điện áp đầu ra lớn hơn điện áp đầu vào. Khi công tắc đóng, điện áp và dòng điện trên cuộn cảm là: di ILPK VL L L dt ton Vin Vsat ILon ton L Khi công tắc hở, điện áp và dòng điện trên cuộn cảm là: di IL min ILPK VL L L dt toff Vout VF Vin ILoff ILpk toff L Vsat : Điện áp bão hoà trên công tắc. VF : Độ sụt áp trên bộ chỉnh lưu. Khi ILon= ILoff thì: ton Vout VF Vin(min) toff Vin(min) Vsat Các giá trị Vin(min), VF, Vout, và Vsat tương ứng là 10 V, 0.8 V, 100 V, và 0.3 V. Chọn tần số hoạt động là 50 kHz. Giá trị tụ định thời được tính toán: Trang 3
4. Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail CT [4.0*10^( 5)]*ton Dòng điện đỉnh được tính bởi công thức: ton Ipkswitch 2*Iout 1 toff Độ tự cảm nhỏ nhất: Vin(min) Vsat L min Ipkswitch Giá trị tụ đầu ra được tính: Iout Cout ton Vripple Mạch điều chế độ rộng xung sử dụng IC tạo xung LM 3525 được thiết kế như hình 5. Hình 5: Mạch tạo xung Giá trị điện trở R1 và R2 được tính dựa vào công thức: R2 Vout 1.25 1 R1 Sau khi tính toán kết hợp với thực nghiệm ta chọn: Số vòng của cuộn dây: 40 vòng Đường kính dây: 1 mm Dạng lõi: Lõi hình xuyến Trang 4
5. Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail Kích thước lõi: Đường kính ngoài: 22 mm, đường kính trong: 14 mm, bề dày lõi: 10 mm IC tạo xung: LM 3525 Tụ lọc nguồn: 2 tụ 2200 µF Tụ cao áp: 10 µF 2.2. Thiết kế mạch điều khiển Mạch điều khiển phải có các chức năng sau: - Nhận tín hiệu điều khiển từ ECU để nhịp mát cho các kim phun. - Gởi tín hiệu phản hồi về ECU sau khi kim phun được nhấc. - Bảo vệ kim phun trong trường hợp tín hiệu bị nhiễu và luôn có dòng điện chạy qua kim phun. - Mạch điều khiển được thiết kế như hình 6. Hình 6: Mạch điều khiển Trang 5
6. Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail Hình 7: EDU sau khi chế tạo 3. Thử nghiệm 3.1. Thiết lập thí nghiệm - Chuẩn bị: + Động cơ Toyota 2KD + Máy chẩn đoán Bosch FSA 740 - Tháo hộp EDU của động cơ và lắp hộp EDU đã chế tạo lên động cơ. - Thiết lập chương trình trên máy chẩn đoán. - Cho động cơ hoạt động và kết nối các thiết bị đo. 3.2. Kết quả Trang 6
7. Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail Hình 8: Điện áp điều khiển kim phun Trang 7
8. Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail Hình 9: Dòng điện điều khiển kim phun Dựa vào kết quả hiển thị trên hình 8 và hình 9 ta thấy: + Điện áp khởi động nhanh kim phun: 100 V + Cường độ dòng điện cực đại: 25,9 A + Thời gian phun mồi: 0,4 ms + Thời gian phun chính: 0,7 ms + Khoảng cách giữa 2 lần phun: 0,8 ms + Tổng thời gian phun: 1,1 ms 4. Kết luận Khi lắp hộp EDU vừa được chế tạo lên động cơ Toyota 2KD ta thấy rằng động cơ hoạt động ổn định. Dựa vào cẩm nang sửa chữa của động cơ Toyota 2KD do nhà sản xuất cung cấp theo hình 10 và so sánh với kết quả thử nghiệm ở phía trên. Trang 8
9. Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail Hình 10: Dạng sóng điện áp điều khiển kim phun theo cẩm nang Dựa vào kết quả đo trong quá trình thử nghiệm ta thấy rằng dạng sóng giống với dạng sóng mà tài liệu do hãng cung cấp đồng thời giá trị điện áp cũng nằm trong mức cho phép. Vậy hộp EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail đã được chế tạo thành công. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. PGS.TS Đỗ Văn Dũng, Trang bị điện và điện tử trên ô tô hiện đại, ĐH SPKT TP HCM, 2001. 2. Nguyễn Văn Nhờ, Giáo trình Điện tử công suất 1, Nhà xuất bản ĐHQG, 2002, 289 trang. 3. Lê Xuân Tới, Châu Quang Hải, Giáo trình thực tập động cơ diesel, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, 2011, 166 trang. 4. Ming-Chia D Lai, Philip J Dingle, Diesel Common Rail and Advanced Fuel Injection Systems, SAE International, 2005, 138 pages. 5. Andrei Makartchouk, Diesel Engine Engineering 2nd Ed, King Printing Company, Inc., 2011, 442 pages. 6. Anita Soni, DC – DC Switching Boost Converter, ECE 345, May 4, 1999, 15 pages. 7. Mehedi Hasan Tushar, Comparative Study on DC - DC Converters, BRAC university, 2003, 62 pages. 8. Toyota, Cẩm nang sửa chữa Hiace, 2006. Trang 9
10. Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail 9. Toyota, Tài liệu đào tạo kỹ thuật viên. 10. Website: 11. Website: Trang 10
11. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.