TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Lí do chọn đề tài
Ngày nay, nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng hóa ngày càng tăng, thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam Hàng năm, nhiều ô tô được sản xuất để đáp ứng nhu cầu khách hàng, với các hãng luôn áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật và công nghệ mới Điều này không chỉ giúp tạo ra sản phẩm phù hợp với yêu cầu của người tiêu dùng mà còn đảm bảo tính năng an toàn và tiêu chuẩn khí thải Tuy nhiên, sự phát triển này cũng đặt ra thách thức về ô nhiễm môi trường và tiếng ồn Để đối phó với vấn đề này, Toyota, một trong những hãng sản xuất ô tô lớn thế giới, đã nghiên cứu và phát triển thành công công nghệ i-ART Common Rail, được ứng dụng trên dòng xe Toyota Hilux đời mới.
Công nghệ i-ART Common Rail mang lại sự ổn định cho động cơ, giảm tiếng ồn và ô nhiễm môi trường, đồng thời tối ưu hóa công suất Nhóm chúng em đã chọn nghiên cứu đề tài “Hệ thống nhiên liệu Common Rail trên Toyota Hilux” để tìm hiểu về những cải tiến của công nghệ mới so với hệ thống truyền thống Chúng em sẽ phân tích các chi tiết, bộ phận cấu thành, nguyên lý làm việc của từng bộ phận và nguyên lý hoạt động tổng thể của hệ thống này.
Chúng em sẽ áp dụng và tổng hợp kiến thức đã học để nghiên cứu các cải tiến công nghệ mới, đặc biệt là hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ Diesel hiện đại Đề tài này cung cấp tóm tắt các nội dung quan trọng, làm tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên trong quá trình học tập và chuẩn bị cho công việc sau này.
Mục tiêu đề tài
Nghiên cứu này tập trung vào công nghệ i-ART Common Rail trên động cơ 1GD-FTV của xe Toyota Hilux, nhằm phân tích và đánh giá hiệu suất cũng như tính năng của hệ thống phun nhiên liệu hiện đại này Qua đó, bài viết sẽ làm rõ những ưu điểm nổi bật của công nghệ i-ART trong việc tối ưu hóa tiêu thụ nhiên liệu và giảm thiểu khí thải, góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động của động cơ.
• Nắm được lịch sử phát triển hệ thống Common Rail thông thường, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống
• Tìm hiểu chi tiết các bộ phận hệ thống liên quan trên động cơ 1GD-FTV
• Biết được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu Common Rail trên xe Toyota Hilux áp dụng công nghệ i-ART Common Rail mới
• Phân tích ưu nhược điểm của công nghệ mới.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống nhiên liệu trên động cơ 1GD-FTV của dòng xe Toyota Hilux
Nghiên cứu tập trung vào cấu trúc và nguyên lý hoạt động của các thành phần trong hệ thống nhiên liệu, bao gồm cảm biến, cơ cấu chấp hành và hệ thống điều khiển động cơ.
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài này được hoàn thành chủ yếu dựa vào tài liệu tham khảo từ các trang web quốc tế, tài liệu trực tuyến và video trực quan về hệ thống Đặc biệt, nguồn kiến thức chuyên ngành quý giá từ các thầy cô, đặc biệt là từ giảng viên hướng dẫn ThS Châu Quang Hải, đã hỗ trợ chúng em hoàn thành tốt và chính xác đề tài được giao.
Ý nghĩa đề tài
Đề tài này giúp chúng em củng cố kiến thức đã học và làm nền tảng cho việc tìm hiểu các công nghệ cải tiến trên xe hiện đại Sau khi thực hiện đề tài, chúng em sẽ hiểu rõ hơn về hệ thống nhiên liệu Common Rail đời mới và nhận thức được tầm quan trọng của hệ thống này Đây cũng là tài liệu tham khảo hữu ích, hỗ trợ sinh viên trong quá trình học tập và làm việc sau này.
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
Sơ đồ cấu tạo hệ thống nhiên liệu Common Rail
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động Commom Rail Diesel
- Bơm cao áp (High pressure pump)
- Lọc nhiên liệu (Fuel fitlter)
- Đường cấp nhiên liệu áp suất cao (màu đỏ): High pressure line
- Cảm biến áp suất ống phân phối (Rail pressure sensor)
- Ống phân phối (Commom rail)
- Van điều áp (Fuel rail pressure control valve - PCV)
- Đường nhiên liệu áp suất thấp (màu vàng): Low pressure line
Various sensors transmit signals to the ECU, including the accelerator pedal position sensor, crankshaft position sensor, and camshaft position sensor.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu Common Rail
Giống như động cơ diesel thông thường, nhiên liệu được bơm từ thùng chứa qua đường ống áp suất thấp, đi qua bầu lọc và sau đó được bơm cao áp Tại đây, nhiên liệu được nén vào ống phân phối với áp suất cao và sẵn sàng được phun vào xi lanh động cơ.
Hệ thống Common Rail tách biệt việc tạo áp suất và phun nhiên liệu, với áp suất phun được điều chỉnh độc lập với tốc độ và lượng nhiên liệu Nhiên liệu được lưu trữ ở áp suất cao trong ống phân phối, và lượng dầu phun ra được xác định bởi tín hiệu từ bàn đạp ga, thời điểm phun, cùng với áp suất phun được tính toán bởi ECU dựa trên dữ liệu từ các cảm biến ECU sẽ điều khiển kim phun phun nhiên liệu vào xi lanh với áp suất có thể lên đến 1500 bar.
Nhiên liệu thừa từ kim phun được dẫn qua ống hồi về lọc nhiên liệu theo đường áp suất thấp (màu vàng) và quay trở lại thùng nhiên liệu Khi áp suất trên ống phân phối và áp suất đầu ra của bơm cao áp vượt quá giới hạn cho phép, van điều áp sẽ mở ra, giúp dầu trở về thùng nhiên liệu nhanh chóng hơn.
Ưu điểm của hệ thống nhiên liệu Common Rail
Vòi phun Common Rail mang lại nhiều lợi ích nổi bật, bao gồm việc giảm tiếng ồn và phun nhiên liệu ở áp suất cao nhờ vào điều khiển điện tử Hệ thống này kiểm soát chính xác lượng và thời điểm phun, từ đó nâng cao hiệu suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu So với hệ thống cũ dẫn động bằng cam, Common Rail Diesel cho thấy sự linh hoạt vượt trội trong việc điều chỉnh phun nhiên liệu cho động cơ Diesel.
- Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch, khách, tải nhẹ, tải nặng, xe lửa và tàu thủy)
- Áp suất phun đạt đến 1500 bar
- Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động của động cơ
- Có thể thay đổi thời điểm phun
- Phun chia làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun chính và phun kết thúc
- Qua phân tích trên ta có thể kết luận Hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel có 5 ưu điểm sau:
+ Tiêu hao nhiên liệu thấp
+ Động cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn
+ Cải thiện tính năng động cơ
+ Thiết kế phù hợp để thay thế cho các động cơ Diesel đang sử dụng
HỆ THỐNG COMMON RAIL TRÊN ĐỘNG CƠ 1GD-FTV TRÊN DÒNG XE TOYOTA HILUX
Giới thiệu sơ lược hãng xe Toyota
Hình 3.1: Trụ sở Toyota tại Aichi
Toyota Motor Corporation là một nhà sản xuất ô tô đa quốc gia có trụ sở tại Toyota, Aichi, Nhật Bản, với 364.445 nhân viên toàn cầu vào năm 2017 Đến tháng 9 năm 2018, Toyota đứng thứ sáu thế giới về doanh thu và là nhà sản xuất ô tô lớn nhất tính đến năm 2017 Công ty này đã sản xuất hơn 10 triệu xe mỗi năm kể từ năm 2012 và đạt mốc 200 triệu xe sản xuất Tính đến tháng 7 năm 2014, Toyota là công ty niêm yết lớn nhất tại Nhật Bản theo vốn hóa thị trường, gấp đôi so với SoftBank.
Toyota là công ty hàng đầu thế giới về doanh số bán xe điện hybrid và đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy thị trường xe hybrid toàn cầu Ngoài ra, Toyota cũng dẫn đầu trong lĩnh vực xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro Doanh số toàn cầu tích lũy của các mẫu xe chở khách hybrid của Toyota và Lexus đã đạt được những con số ấn tượng.
Tính đến tháng 1 năm 2017, doanh số xe Prius của công ty đã vượt mốc 10 triệu chiếc, khẳng định vị thế là mẫu xe lai bán chạy nhất thế giới với hơn 6 triệu xe được tiêu thụ toàn cầu.
Công ty Toyota được thành lập bởi Toyoda Kiichiro vào năm 1937 như một công ty con của Toyota Industries, với mục tiêu sản xuất ô tô Trước đó, vào năm 1934, công ty đã phát triển sản phẩm đầu tiên là động cơ Toyota Type A và ra mắt chiếc xe chở khách đầu tiên, Toyota AA, vào năm 1936 Hiện tại, Tập đoàn ô tô Toyota sản xuất xe dưới năm thương hiệu: Toyota, Hino, Lexus, Ranz và Daihatsu Ngoài ra, Toyota còn nắm giữ 16,66% cổ phần của Subaru Corporation, 5,9% cổ phần của Isuzu, 5,5% cổ phần của Mazda, cùng với các liên doanh tại Trung Quốc, Ấn Độ và Cộng hòa Séc.
"không phải ô tô" TMC là một phần của Tập đoàn Toyota, một trong những tập đoàn lớn nhất tại Nhật Bản
Toyota có trụ sở chính tại Toyota City, Aichi, trong một tòa nhà bốn tầng mang logo "Toyopet" và dòng chữ "Toyota Motor" Trung tâm Kỹ thuật Toyota và nhà máy Honsha, trước đây là nhà máy Koromo, nằm gần trụ sở chính Vinod Jacob từ The Hindu mô tả tòa nhà này là "khiêm tốn" Năm 2013, Akio Toyoda cho biết công ty gặp khó khăn trong việc giữ chân nhân viên nước ngoài do thiếu tiện nghi Toyota cũng có văn phòng tại Tokyo và Nagoya, bên cạnh việc sản xuất ô tô, công ty còn cung cấp dịch vụ tài chính và chế tạo rô bốt Năm 1981, Toyota Motor Co., Ltd công bố kế hoạch hợp nhất với Toyota Motor Sales Co., Ltd., hai công ty đã hoạt động riêng biệt từ năm 1950 Shoichiro Toyoda đã chuẩn bị cho sự hoàn thành của việc sáp nhập vào năm 1982 và sau đó trở thành chủ tịch của Toyota Motor Corporation.
Giới thiệu về dòng xe Toyota Hilux
Toyota Hilux đã trải qua 8 thế hệ và được công nhận là một trong những dòng xe thương mại uy tín nhất thế giới Khả năng vận hành của Hilux trong những môi trường khắc nghiệt ở Bắc Cực và Nam Cực đã chứng minh sự bền bỉ và đáng tin cậy của nó Chính vì lý do này, Hilux trở thành sự lựa chọn hàng đầu của nhiều doanh nghiệp Mặc dù đã có sự tiếp cận nghiêm túc, nhưng Hilux cần nhiều năm để hoàn thiện các giải pháp vận hành tối ưu, đáp ứng nhu cầu sử dụng trong công việc và cuộc sống hàng ngày của người dùng.
Hình 3.2: Giai đoạn hình thành và phát triển của Toyota Hilux
Hilux không phải khởi nguồn từ Tập đoàn xe hơi Toyota, mà xuất phát từ dòng xe bán tải Briska của công ty Hino vào năm 1961 Hilux thực chất là thế hệ thứ hai của dòng xe Briska.
Vào năm 1967, dòng xe Hino Briska đã được đổi tên thành Toyota Briska, nhằm định hướng lại thương hiệu Hino, tập trung vào các dòng xe thương mại hạng trung và hạng nặng.
Hình 3.3: Hino Briska được đổi tên thành Toyota Brisk
Vào tháng 3 năm 1968, Toyota giới thiệu mẫu xe bán tải đầu tiên mang tên Toyota Hilux Mẫu Hilux mới này sở hữu cấu trúc khung gầm đặc biệt, mặc dù mang thương hiệu Toyota, nhưng vẫn được thiết kế và lắp ráp tại nhà máy Hamura thuộc công ty Hino.
Khi ra mắt, Hilux có từ 2-3 phiên bản, cạnh tranh với các thương hiệu xe như Corona và Masterline Toyota đã linh hoạt chuyển đổi hai mẫu xe này để phân loại thành dòng xe thương mại cỡ nhỏ và xe chở khách.
Hình 3.4: Toyota Hilux thế hệ thứ nhất
Toyota đã giới thiệu các mẫu xe với chiều dài cơ sở ngắn, sử dụng động cơ xăng 1.5 lít, 4 xi lanh, hộp số 4 tốc độ và dẫn động cầu sau Sau một năm, dòng xe Hilux được mở rộng với phiên bản có chiều dài cơ sở lớn hơn Đến tháng 2/1971, chiếc xe này được nâng cấp với động cơ 1.6 lít và khoang hành khách được thiết kế với 3 chỗ ngồi trên một hàng ghế.
Tại thị trường Bắc Mỹ, dòng xe Toyota Hilux được gọi đơn giản là Toyota Truck Các mẫu xe này được trang bị động cơ có dung tích từ 1.9 đến 2.0 lít, với chiều dài cơ sở tương đối ngắn chỉ 1.85m.
- Sự thay đổi trong thế hệ thứ 2 tập trung chủ yếu vào sự tiện nghi
Thế hệ thứ 2 của mẫu xe được ra mắt vào tháng 5/1972, đánh dấu sự mở rộng vào thị trường Anh quốc Phiên bản này có nhiều cải tiến đáng chú ý, bao gồm thay đổi cấu trúc khung gầm, kéo dài chiều dài cơ sở và nâng cấp nội thất Đặc biệt, các tính năng an toàn được chú trọng, với hệ thống hỗ trợ lực phanh khẩn cấp và phân phối lực phanh theo tải trọng, tạo nên sự an tâm cho người sử dụng.
Sau khi ra mắt, mẫu xe mới tại thị trường Bắc Mỹ có chiều dài cơ sở 2.25m và trang bị số sàn 4 cấp tiêu chuẩn Khách hàng có thể tùy chỉnh cần số và thay thế ghế ngồi thành 2 chỗ.
Hình 3.5: Toyota thế hệ thứ 2 tại thị trường Anh và Bắc Mỹ
Vào năm 1974, một mẫu xe cao cấp hơn đã được ra mắt, trang bị động cơ mạnh mẽ với công suất và mô men xoắn vượt trội Đặc biệt, đây cũng là lần đầu tiên dòng xe này được trang bị hộp số tự động 3 cấp.
- Sự chuyển dịch lên phân khúc cao cấp còn được phản ánh tại thị trường Mỹ Năm
Năm 1975, Toyota ra mắt phiên bản SR5 với động cơ 2.2 lít và tùy chọn hộp số sàn 5 cấp Đến tháng 10/1975, động cơ 2.0 đã bị loại bỏ khỏi dòng sản phẩm.
14 tại tất cả thị trường, chỉ sử dụng loại động cơ dung tích 1.6 lít để đáp ứng tiêu chuẩn khí thải mới ban hành
Thế hệ thứ 3 của Hilux, ra mắt vào tháng 9/1978, nổi bật với sự linh hoạt vượt trội Mặc dù hiện tại đang rất thành công, nhưng thiết kế của thế hệ này lại có thông số tương tự như một chiếc sedan, mang lại cảm giác lái thoải mái hơn Đặc biệt, lò xo cuộn ở hệ thống treo trước đã được thay thế bằng thanh xoắn, cải thiện khả năng vận hành.
Phiên bản cao cấp Super Delux vừa ra mắt với khoang hành khách mở rộng 90mm, mang lại không gian thoải mái hơn Mẫu xe này còn được bổ sung phiên bản 4 cửa với 2 hàng ghế, đáp ứng nhu cầu sử dụng đa dạng Tất cả các phiên bản cao cấp đều được trang bị phanh đĩa trước, đảm bảo an toàn khi vận hành, và người mua có thể tùy chỉnh thiết kế cốp sau theo sở thích cá nhân.
Những thay đổi này tập trung vào thị trường Hoa Kỳ, nơi xe tải không chỉ được sử dụng để vận chuyển hàng hóa mà còn chở hành khách Hilux tự hào khẳng định trong tờ rơi bằng tiếng Nhật rằng nó được "sinh ra ở Nhật Bản, lớn lên từ Hoa Kỳ".
Hình 3.6: Toyota Hilux thế hệ thứ 3
Mẫu xe 4 cầu đầu tiên ra mắt vào tháng 10/1979 với thiết kế đa dụng nổi bật, kế thừa nhiều đặc điểm từ dòng Land Cruiser 40 Xe được trang bị động cơ xăng 2.0 L và động cơ Diesel 2.2 L, với hai phiên bản 1 cầu và 2 cầu.
Giới thiệu về động cơ 1GD-FTV và các thông số kỹ thuật
Hình 3.12: Động cơ 1GD-FTV
Động cơ Toyota GD là dòng động cơ Diesel được Toyota giới thiệu vào năm 2015, thay thế cho dòng KD lỗi thời Với công nghệ đốt cháy hiệu quả nhiệt vượt trội (ESTEC), động cơ GD mang lại tính năng tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn, đặc biệt nhờ vào công nghệ quản lý nhiệt TSWIN thế hệ mới, giúp nâng cao hiệu suất nhiệt lên đến 44% Động cơ này lần đầu tiên được trang bị trên các mẫu xe như Toyota Land Cruiser Prado, Toyota Innova thế hệ thứ hai, Toyota Fortuner thế hệ thứ hai, Toyota Hilux thế hệ thứ tám và Toyota HiAce thế hệ thứ năm Mặc dù động cơ GD cải thiện nhiều khía cạnh, nhưng hiệu suất mô men xoắn vẫn chưa đạt yêu cầu cao Do đó, động cơ 1GD-FTV ra đời với hệ thống i-ART (Công nghệ sàng lọc độ chính xác thông minh), mang lại những ưu điểm vượt trội cho động cơ Diesel của Toyota.
Động cơ thế hệ mới giảm thiểu độ rung và tiếng ồn, đồng thời mang lại hiệu suất cao và tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả.
Bảng 3.1: Bảng thông số kỹ thuật động cơ 1GD-FTV
Loại động cơ 1GD-FTV
Kết cấu động cơ 4 xi lanh thẳng hàng
Dẫn động xupap DOHC, 16 xupap
Loại nhiên liệu Diesel Đường kính piston (mm) 92
Dung tích xi lanh 2755 cc
Công suất cực đại (HP/rpm) 150 kW (201HP) / 3400 rpm
Mô men xoắn cực đại (Nm/rpm) 500 Nm/ 1600 rpm
Hệ thống nhiên liệu Common rail Direct injection
Hệ thống làm mát Làm mát bằng nước
Hệ thống nạp khí Turbo tăng áp
Hệ thống Common Rail trên động cơ 1GD-FTV
Hình 3.13: Hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ 1GD-FTV
Hệ thống nhiên liệu Common rail của động cơ 1GD-FTV sử dụng bơm HP5S của Denso, nổi bật với thiết kế gọn nhẹ và khả năng cung cấp nhiên liệu với áp suất lên tới 200 MPa, vượt trội hơn so với các loại bơm khác Bơm này thường được trang bị cho xe du lịch và xe tải cỡ nhỏ Các thành phần chính của hệ thống bao gồm bơm cao áp HP5S, ống cao áp, ống phân phối, kim phun, thùng chứa nhiên liệu, van SCV, bơm tiếp vận, van phân phối, van điều áp và lọc nhiên liệu.
Nhiên liệu được hút từ thùng chứa và bơm lên bơm cao áp, tạo ra áp suất lớn để đến ống phân phối Tại đây, áp suất nhiên liệu được kiểm soát và phân phối đến các kim phun trong các xi lanh ECU gửi tín hiệu điện đến thanh gốm (Piezo Stack) trong kim phun, điều khiển việc mở và đóng kim phun, từ đó kiểm soát quá trình phun nhiên liệu Áp suất nhiên liệu được điều chỉnh dựa vào lượng nhiên liệu bơm vào bơm cao áp, trong khi lượng nhiên liệu này lại phụ thuộc vào tín hiệu điện từ ECU điều khiển van hút (Suction Control Valve).
Hình 3.14: Hình dạng bơm tiếp vận
Hệ thống Diesel bao gồm hai loại bơm nhiên liệu: bơm chuyển nhiên liệu và bơm tiếp vận nhiên liệu Bơm chuyển nhiên liệu có vai trò cung cấp nhiên liệu liên tục cho bơm tiếp vận, đồng thời thực hiện chức năng châm dầu và xả gió khi động cơ chưa hoạt động Thông thường, bơm chuyển nhiên liệu được sử dụng là bơm điện Nếu thùng nhiên liệu được đặt cao hơn động cơ, bơm chuyển nhiên liệu sẽ không cần thiết.
Bơm tiếp vận nhiên liệu, nằm trong bơm cao áp và được dẫn động bởi trục cam, có chức năng nhận nhiên liệu từ thùng và cung cấp cho piston bơm qua lọc thô bên trong và van điều khiển hút (SCV).
Nguyên lý hoạt động của bơm tiếp vận dựa trên sự thay đổi thể tích giữa hai bánh răng Khi trục cam quay theo chiều kim đồng hồ, vòng trong quay cùng tốc độ với bơm cao áp, kéo theo vòng ngoài của rotor bơm tiếp vận Điều này làm tăng thể tích buồng hút, cho phép nhiên liệu được bơm đầy vào buồng bơm Khi rotor quay, nhiên liệu được nén dần về phía cửa nén và vào piston bơm Bơm này không điều chỉnh được lưu lượng và áp suất khi số vòng quay cố định, nên lưu lượng nhiên liệu cung cấp tỉ lệ với tốc độ động cơ Để kiểm soát lượng nhiên liệu trước khi cấp tới bơm cao áp, bơm tiếp vận được trang bị van điều khiển áp suất nhiên liệu SCV, hoạt động dựa trên tín hiệu điện tử từ ECU.
• Van điều chỉnh áp suất nhiên liệu
Van điều chỉnh áp suất nhiên liệu có vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn áp suất nhiên liệu do bơm tiếp vận tạo ra vượt quá giới hạn cho phép Khi áp suất vượt quá mức an toàn, van sẽ mở ra nhờ lực thắng của áp suất, giúp giảm áp suất nhiên liệu và đưa nó trở lại bơm tiếp vận.
Hình 3.16: Van điều chỉnh áp suất nhiên liệu
3.4.1.2 Bơm cao áp HP5S của hãng Denso
Hệ thống Common Rail trên động cơ Toyota Hilux 1GD-FTV sử dụng bơm cao áp Denso HP5S, được dẫn động bởi trục khuỷu động cơ với tỉ lệ 1:1 Bơm này có chức năng hút nhiên liệu từ thùng chứa và nén nhiên liệu lên áp suất cao khoảng 2000 bar (200MPa) khi động cơ hoạt động.
Bơm cao áp là bộ phận quan trọng trong hệ thống nhiên liệu, đóng vai trò trung gian giữa áp suất thấp và áp suất cao Nó tạo ra và duy trì áp suất cao cho nhiên liệu, đảm bảo cung cấp đầy đủ cho ống phân phối Lượng nhiên liệu này được tích trữ và sẵn sàng cung cấp đến các kim phun, hỗ trợ động cơ hoạt động hiệu quả ở mọi chế độ.
Bơm cao áp có nhiệm vụ chính là tạo và duy trì áp suất cao cho nhiên liệu trong ống phân phối, điều này khác biệt so với các hệ thống nhiên liệu trước đây, nơi áp suất được sinh ra trong từng quá trình phun riêng lẻ Trong hệ thống Common Rail, nhờ vào bơm cao áp, nhiên liệu luôn được duy trì ở áp suất cao, đảm bảo chất lượng phun tối ưu ở mọi tốc độ và chế độ tải của động cơ.
Hình 3.17: Mặt cắt bơm cao áp Denso HP5S
Hình 3.18: Cấu tạo bơm cao áp loại HP5S
1 – Pre-stroke Control Valve: Van điều khiển hút (Suction Control Valve)
3 - Spring: Lò xo hồi vị
4 - Follower: Cơ cấu đỡ piston
6 – Camshaft: Trục cam dẫn động bơm
Van một chiều (check ball) có vai trò quan trọng trong hệ thống nhiên liệu, bao gồm các thành phần như kim phun bù nhiên liệu và lọc cao áp, đường ống hồi, đường ống dẫn nhiên liệu từ thùng chứa, và ống phân phối (thanh rail).
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật bơm cao áp HP5S
Số lượng van/ Loại van
Tỉ lệ vòng quay Np : Ne 1:1 Điện áp 12V
Kích thước piston bơm - số lượng Φ 6.5mm x 1
Nguyên lý hoạt động của bơm HP5S:
Hình 3.19: Sơ đồ đường đi của hệ thống nhiên liệu
1 – Ống phân phối (thanh rail)
3 – Bộ điều khiển trung tâm (ECU)
4 – Cảm biến vị trí trục khuỷu
5 – Cảm biến vị trí trục cam
9 – Lọc nhiên liệu cao áp
10 – Kim phun bù nhiêu liệu
- Đường nhiên liệu áp suất cao
- Đường nhiên liệu từ thùng nhiên liệu
- Đường nhiên liệu hồi về
Đường nhiên liệu trong bơm bắt đầu từ việc nhiên liệu được hút từ thùng chứa qua lọc thô và lọc cao áp, trước khi đến van điều khiển Suction Control Valve (SCV) Van SCV có nhiệm vụ điều chỉnh lượng nhiên liệu cần thiết trước khi vào bơm cao áp, đảm bảo áp suất nhiên liệu đầu ra phù hợp với từng chế độ hoạt động Sau khi nhiên liệu được nén bởi các piston trong bơm cao áp, nó sẽ được dẫn đến ống phân phối (thanh rail).
Hình 3.20: Lọc thô trong bơm cao áp
Hình 3.21: Cấu tạo chính của bơm cao áp HP5S
Cam lệch tâm được lắp trên trục truyền động, điều khiển piston bơm thông qua con lăn Khi trục bơm quay, cam lệch tâm cũng quay, tạo ra chuyển động liên tục cho piston Hình dạng đặc biệt của cam lệch tâm giúp piston hút và nén nhiên liệu liên tục Nhiên liệu được cung cấp đến các xi lanh, và khi cam đội nâng piston, nhiên liệu sẽ được nén và đi qua các van một chiều đến ống phân phối.
Khi piston bơm không được cam đội, lò xo sẽ ép xuống, dẫn đến ECU điều khiển cấp dòng cho van SCV Van SCV sau đó mở để điều chỉnh lượng nhiên liệu vào xi lanh của bơm.
3.4.1.3 Van điều khiển hút (Suction Control Valve - SCV)
Van SCV có chức năng cung cấp đủ nhiên liệu cần thiết để đạt áp suất yêu cầu của hệ thống sau khi nhiên liệu đi qua bơm cao áp, giúp giảm tải cho bơm này Đối với động cơ 1GD-FTV của Toyota Hilux, van SCV là loại van điện từ thường đóng, được điều khiển bởi ECU động cơ để điều chỉnh việc mở - đóng đường nhiên liệu từ bơm tiếp vận vào bơm cao áp, từ đó kiểm soát lượng nhiên liệu vào xi lanh bơm thông qua độ mở của van SCV.
Hình 3.22: Cấu tạo van SCV loại thường đóng
- Nguyên lý điều khiển van SCV: Thời gian cấp điện cho cuộn dây trong van tỉ lệ thuận với độ mở của van
Hình 3.23: Tần số tín hiệu điều khiển van SCV
- Thời gian mở van SCV ngắn
Hình 3.24: Độ mở van SCV khi thời gian mở ngắn
Khi thời gian cấp điện cho SCV ngắn, dòng điện trung bình qua cuộn dây không đủ mạnh để vượt qua lực đẩy của lò xo hồi vị, dẫn đến việc van SCV mở nhỏ Điều này làm giảm lượng nhiên liệu cung cấp cho bơm cao áp.
- Thời gian mở van SCV dài
Hình 3.25: Độ mở van SCV khi thời gian mở dài
